Sončna energija: Vodik za vse letne čase | 2020

Vsebina:

Anonim

Kemični sistemi, ki so sposobni proizvajati vodikov plin s pomočjo svetlobno aktiviranega odvajanja vodnih molekul (pogosto imenovanih umetna fotosinteza), predstavljajo obetavno tehnologijo za učinkovito shranjevanje sončne energije. Vendar pa so sistemi, ki so bili do zdaj razviti, trpeli zaradi različnih pomanjkljivosti in intenzivno si prizadevajo za odkrivanje alternativnih postopkov, ki so bolj praktični in učinkoviti. Kemiki, ki jih vodi profesorica Bettina Lotsch, ki ima dvojno imenovanje na Oddelku za kemijo na LMU in Institutu Max Planck za raziskave trdne snovi v Stuttgartu, zdaj uvajajo nov razred poroznih organskih materialov, ki se lahko uporabljajo kot podlaga za molekularno nastavljive fotokatalizatorje lahka proizvodnja vodikovega plina. Raziskovalci poročajo o svojih ugotovitvah v novi številki spletne revije Nature Communications .

Lotsch in njene kolege se zanimajo za lastnosti in praktične uporabe tako imenovanih kovalentnih organskih okvirov. Ti materiali so sestavljeni iz plasti pravilnih dvodimenzionalnih molekularnih mrež, sintetiziranih iz preprostih organskih predhodnikov, in kažejo številne značilnosti, ki omogočajo fotokatalitične procese. "Oblikujejo kristalne in porozne polprevodnike, katerih kemične lastnosti se lahko natančno prilagodijo za določeno aplikacijo," pojasnjuje Bettina Lotsch. Raziskujejo se že kot možne matrice za shranjevanje plinov in za aplikacije v senzorski tehnologiji ter imajo tudi velik potencial na področju optoelektronike.

Učinkovitejši in bolj ekonomičen

V sodelovanju s skupino, ki jo je vodil Christian Ochsenfeld, profesor teoretične kemije na LMU, sta Lotsch in njena ekipa raziskovali potencial takšnih poroznih polimerov kot fotokatalizatorji. V svojem zadnjem delu so izbrali tako imenovane triphenylarenes kot osnovne podenote svoje modelne matrike. "Velika prednost tega razreda materialov je v tem, da se kemijske in fizikalne lastnosti omrežja lahko enostavno pripravijo za različne aplikacije, preprosto s spreminjanjem strukture predhodnih sestavin," pravi Vijay Vyas, postdok v skupini Bettine Lotsch pri družbi Max. Planckov inštitut za raziskave v trdni državi. "Ta prilagodljivost nam je omogočila, da smo postopoma spremenili njihovo sposobnost za proizvodnjo vodika. Njihovi parametri delovanja so primerljivi s tistimi pri uveljavljenih fotokatalizatorjih na osnovi ogljikovega nitrida in oksidov." Ploskovne plasti novega niza spojin so sintetizirane iz hidrazina in vrste aromatskih trialdehidov. V nastali strukturi so tridehidne podenote povezane z azinskimi mostovi (= N-N =), da tvorijo dvodimenzionalne rešetke.

Fotokatalizatorji na osnovi kovin so pogosto dragi in jih je težko spreminjati. "Ker pa se lastnosti COF-jev zlahka in posebej spreminjajo, je mogoče z njimi tudi manipulirati z lastnostmi," pravi Frederik Haase, član skupine Bettine Lotsch. Zato zagotavljajo kombinacijo lastnosti, zaradi katerih so idealne kot osnova za razvoj okolju prijaznih in ekonomičnih fotokatalizatorjev.

Bettina Lotsch povzema rezultate študije, kot sledi: "Zdaj smo na molekularni ravni dokazali, da so strukturne, morfološke in optoelektronske lastnosti kovalentnih organskih okvirov mogoče natančno prilagoditi, da bi povečali njihovo fotokatalitično aktivnost." Napredek, ki so ga naredili kemiki iz LMU, tako obljublja, da bo sončna energija postala še bolj privlačna kot prihodnji vir trajnostne energije.