Nanoröhrchen produzieren Wasserstoff

Die Aussicht auf die weit verbreitete Nutzung von Wasserstoff als tragbarer Energieträger ist abhängig von der Suche nach einer sauberen, erneuerbaren Produktionsweise. An der Penn State University ist eine Forschungsgruppe von Professor Craig Grimes im Material Research Institute "nur ein paar Probleme entfernt" von der Entwicklung einer kostengünstigen und leicht skalierbaren Technik für die Wasser-Photoelektrolyse - die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit Lichtenergie - das könnte helfen, die vorgeschlagene Wasserstoffwirtschaft anzutreiben.


Ein FESEM-Bild eines Ti-Fe-O-Nanoröhren-Arrays

Die meisten aktuellen Methoden der Wasserstoffproduktion spalten Wasserstoff aus Erdgas in einem Prozess, der klimaveränderndes Treibhausgas erzeugt, während eine nicht erneuerbare Ressource verbraucht wird. Ein umweltfreundlicherer Ansatz würde Wasserstoff aus Wasser mit der erneuerbaren Energie des Sonnenlichts produzieren.

In einem Papier veröffentlicht online in Nano Buchstaben Am 3. Juli 2007 beschreiben Hauptautor Gopal K. Mor zusammen mit Haripriya E. Prakasam, Oomman K. Varghese, Kathik Shankar und Grimes die Herstellung dünner Filme aus selbstjustiertem, vertikal orientiertem Titan-Eisenoxid (Ti -Fe-O) Nanoröhren-Arrays, die die Fähigkeit zeigen, Wasser unter natürlichem Sonnenlicht zu spalten.

Zuvor hatten die Wissenschaftler des Penn State über die Entwicklung von Titandioxid-Nanoröhren-Arrays mit einer Photokonversionseffizienz von 16,5% unter ultraviolettem Licht berichtet. Titanoxid (TiO2), das üblicherweise in weißen Farben und Sonnencremes verwendet wird, hat ausgezeichnete Ladungstransfereigenschaften und Korrosionsstabilität, was es zu einem wahrscheinlichen Kandidaten für billige und langlebige Solarzellen macht. Da jedoch ultraviolettes Licht nur etwa 5% der Energie des Sonnenspektrums enthält, mussten die Forscher ein Mittel finden, um die Materialbandlücke in das sichtbare Spektrum zu verschieben.

Sie spekulierten, dass sie durch Dotieren des TiO2-Films mit einer Form von Eisen namens Hämatit, einem Halbleitermaterial mit niedriger Bandlücke, einen viel größeren Teil des Sonnenspektrums einfangen könnten. Die Forscher erzeugten Ti-Fe-Metallfilme durch gesputterte Titan- und Eisentargets auf fluordotierten Zinnoxid-beschichteten Glassubstraten. Die Filme wurden in einer Ethylenglykollösung anodisiert und dann durch Sauerstoffglühen für 2 Stunden kristallisiert. Sie untersuchten eine Vielzahl von Filmen unterschiedlicher Dicke und variierendem Eisengehalt. In diesem Artikel berichten sie über einen Photostrom von 2 mA / cm2 und eine Photokonversionsrate von 1,5%, die zweithöchste Rate, die mit einem eisenoxidhaltigen Material erreicht wird.

Das Team befasst sich nun mit der Optimierung der Nanoröhrenarchitektur, um die geringe Elektron-Loch-Mobilität von Eisen zu überwinden. Durch die Verringerung der Wanddicke der Ti-Fe-O-Nanoröhren auf die Lochdiffusionslänge des Eisens von etwa 4 nm hoffen die Forscher, einen Wirkungsgrad zu erzielen, der dem Material mit der Bandlücke von Hämatit näher am theoretischen Maximum von 12,9% liegt.

"Meiner Ansicht nach sind wir ein paar Probleme, um etwas zu erreichen, das den Bereich der Wasserstofferzeugung durch Solarenergie revolutionieren wird", sagt Grimes.

(c) http://www.mri.psu.edu/articles/revolution/

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