Silizium

Neues Hybridmaterial zur Gewinnung von Wasserstoff

Berlin – Die Energie der Sonne möglichst effizient zu speichern, ist noch immer eine große Herausforderung an die moderne Wissenschaft. Dabei stellt die Umwandlung von Sonnenlicht in Wasserstoff eine vielversprechende Möglichkeit der Speicherung dar, die bisher technisch noch nicht ausgereift ist. Forscher schlagen in der Zeitschrift „Chemistry & Sustainability Energy & Materials“ nun ein neues und metallfreies Hybridmaterial vor, dass die photoelektrochemische Wasserstoffentwicklung in Zukunft erfolgreicher machen könnte.

Eine Halbleiterphotokathode im Wasser, an der sich Wasserstoff bildet. Im Ausschnitt ist die Oberfläche des Materials mikroskopisch vergrößert dargestellt.
Wasserstoff-Entwicklung an einer Photokathode

Die Forscher um Thomas Schedel-Niedrig vom Helmholtz-Zentrum Berlin untersuchten Halbleitermaterialien, die in Wasser getaucht werden, und dort mit Hilfe von Sonnenlicht Wasserstoff produzieren. Der Vorgang, bei dem Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird, nennt sich photochemische Elektrolyse: Unter Lichteinfall transportieren Halbleiter Ladungsträger an die Materialoberfläche, und dieser elektrische Strom wird in chemische Energie umgewandelt. Die aus der Photovoltaik bekannten Halbleitermaterialien Silizium und Chalkopyrit korrodieren jedoch sofort im Wasser und werden dadurch unbrauchbar.

Im Rahmen ihres Projekts konnten die Wissenschaftler jetzt zeigen, dass eine dünne Schicht einer speziellen Kohlenstoffverbindung dieses Problem umgeht. Sie trugen sogenanntes polymeres Kohlenstoffnitrid auf die Halbleiter auf und testeten damit erfolgreich die lichtinduzierte Wasserstoffgewinnung. „Wenn wir mit unserer Grundlagenforschung einen Beitrag zur Entwicklung neuer Energieversorgungskonzepte leisten wollen, müssen wir die Prozesse so weiter entwickeln, dass sie später auch industriell anwendbar sind“, erklärt Schedel-Niedrig die nächsten Ziele des Forscherteams.