Wissenschaft

Mit einer Wasserstoffproduktionsrate – ausgehend von Ameisensäure – von 139 Millimol pro Stunde und pro Gramm Katalysator hält das LMU-Material derzeit den Weltrekord in Sachen H2-Produktion mit Sonnenlicht.

02.01.2024

Mit Superkristallen mehr Sonnenenergie ernten

Forschung an der Münchner LMU hat großes Potenzial für neuartige Solarzellen und Photokatalysatoren

Wenn Emiliano Cortés auf die Jagd nach Sonnenlicht geht, nutzt er keine gigantischen Spiegel oder Solarparks. Im Gegenteil: Der Professor für Experimentalphysik und Energiekonversion an der Münchner Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) taucht in den Nanokosmos ab. „Wo die energiereichen Teilchen des Sonnenlichts auf atomare Strukturen treffen, beginnt unsere Forschung“, sagt Cortés. „Wir arbeiten an Materiallösungen, um Solarenergie effizienter zu nutzen.“ Seine Erkenntnisse haben großes Potenzial für neuartige Solarzellen und Photokatalysatoren.

Doch es gibt eine Herausforderung, weiß Cortés: „Das Sonnenlicht kommt auf der Erde ‚verdünnt‘ an, also die Energie pro Fläche ist vergleichsweise gering.“ Solaranlagen kompensieren das über große Flächen. Cortés nähert sich von der anderen Richtung: Mit seinem Team am Nano-Institut der LMU entwickelt er plasmonische Nanostrukturen, die die Sonnenenergie konzentrieren können. In einer Publikation präsentiert Cortés einen zweidimensionalen Superkristall, der aus Ameisensäure mithilfe von Sonnenlicht Wasserstoff erzeugt. „Das Material ist so herausragend, dass es den Weltrekord hält, was die Wasserstoffproduktion mithilfe von Sonnenlicht anbelangt“, betont der Professor.

Für ihren Superkristall nutzt Cortés zwei Metalle im Nanoformat. „Wir stellen zunächst aus Gold, einem plasmonischen Metall, Partikel von 10 bis 200 Nanometern her“, erklärt der Wissenschaftler. „In dieser Größenordnung wechselwirkt das sichtbare Licht sehr stark mit den Goldelektronen und veranlasst diese zu einer resonanten Schwingung.“ Dadurch fangen die Nanopartikel mehr Sonnenlicht ein und wandeln es in sehr energiereiche Elektronen um. „Es entstehen starke lokale elektrische Felder, die Hotspots“, sagt Cortés. Diese bilden sich zwischen den Goldpartikeln aus. Das brachte ihn auf die Idee, Nanopartikel aus Platin in die Zwischenräume zu platzieren. „In den Hotspots bringen wir es dazu, Ameisensäure zu Wasserstoff umzusetzen“, erklärt Cortés. Mit einer Wasserstoffproduktionsrate – ausgehend von Ameisensäure – von 139 Millimol pro Stunde und pro Gramm Katalysator hält das photokatalytische LMU-Material derzeit den Weltrekord in Sachen H2-Produktion mit Sonnenlicht. (BSZ)
  

 

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