Zbierz więcej energii słonecznej za pomocą superkryształów

• Materiał ten jest rekordzistą świata w wytwarzaniu wodoru za pomocą światła słonecznego
• Wodór (H2) jest ważnym elementem transformacji energetycznej

Kiedy Emiliano Cortes szuka światła słonecznego, nie korzysta z gigantycznych luster ani farm słonecznych. Wręcz przeciwnie, profesor fizyki doświadczalnej i konwersji energii na LMU zanurza się w świat nanotechnologii. „W miejscu, w którym wysokoenergetyczne cząstki światła słonecznego spotykają się ze strukturami atomowymi, rozpoczynają się nasze badania” – mówi Curtis. „Pracujemy nad rozwiązaniami fizycznymi, które pozwolą na bardziej efektywne wykorzystanie energii słonecznej”. Jego odkrycia mają ogromny potencjał, ponieważ umożliwiają stworzenie nowych ogniw słonecznych i fotokatalizatorów. Curtis wie jednak, że dużym wyzwaniem jest to, że „światło słoneczne dociera do Ziemi „osłabione”, więc energia przypadająca na obszar jest stosunkowo niska”. Panele słoneczne rekompensują to pokrywając duże obszary. Jednak Curtis podchodzi do problemu, że tak powiem, od drugiej strony: wraz ze swoim zespołem w Nano Institute na LMU, finansowanym przez Cluster of Excellence in Electronic Conversion, Solar Technologies Go Hybrid (inicjatywa Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst) oraz Europejską Radę ds. Badań Naukowych pracuje nad opracowaniem nanostruktur plazmonicznych, które można wykorzystać do koncentracji energii słonecznej. W publikacji w czasopiśmie Nature Catalogy Curtis wraz z dr Matthiasem Herranem i partnerami z Wolnego Uniwersytetu w Berlinie i Uniwersytetu w Hamburgu prezentują superkryształ 2D, który wytwarza wodór z kwasu mrówkowego za pomocą światła słonecznego. „Materiał jest tak niezwykły, że ustanawia światowy rekord w produkcji wodoru przy użyciu światła słonecznego” – zauważa Curtis.

Gorące punkty w nanoskali uwalniają moc katalityczną

W przypadku superkryształu Curtis i Herran wykorzystują dwa metale w postaci nano. „Najpierw stworzyliśmy cząstki w zakresie 10–200 nanometrów z metalu plazmonicznego – w naszym przypadku złota” – wyjaśnia Herran. „W tej skali światło widzialne silnie oddziałuje z elektronami złota, powodując ich rezonansowe oscylacje”. Dzięki temu nanocząstki mogą wychwycić więcej światła słonecznego i przekształcić je w elektrony o niezwykle wysokiej energii. „Występują bardzo silne, zlokalizowane pola elektryczne, które są gorącymi punktami” – mówi Herran. Cząsteczki te tworzą się pomiędzy cząsteczkami złota, co podsunęło Curtisowi i Herránowi pomysł umieszczenia nanocząstek platyny w przestrzeniach międzywęzłowych. „W gorących punktach możemy umożliwić mu konwersję kwasu mrówkowego w wodór” – wyjaśnia Hiran. Przy szybkości produkcji wodoru z kwasu mrówkowego wynoszącej 139 mmol na godzinę na gram katalizatora, materiał fotokatalityczny jest obecnie rekordzistą świata w produkcji wodoru przy użyciu światła słonecznego.

Katalizator do produkcji zielonego wodoru

Obecnie wodór produkowany jest głównie z paliw kopalnych, głównie z gazu ziemnego. „Łącząc metale plazmoniczne z metalami katalitycznymi, opracowujemy potężne fotokatalizatory do zastosowań przemysłowych, takich jak przekształcanie dwutlenku węgla w materiały nadające się do użytku” – wyjaśniają Curtis i Herrán. Naukowcy uzyskali już patent na opracowanie materiałów.

Wydawniczy

Dwuwymiarowe bimetaliczne kryształy plazmoniczne do wytwarzania H2. Mathias Herran, Sabrina Jørgensen, Moritz Kiessens, Dominik Hoenig, Andrea Köppen, Ana Souza Castillo, Wolfgang J. Barak, Holger Lange, Stefanie Reich, Florian Schulz, Emiliano Cortes. Stymulowanie natury, 2023. DOI: 10.1038/s41929-023-01053-9

/ Dzięki uprzejmości LMU Monachium. Ten materiał od oryginalnej organizacji/autora(ów) może mieć charakter chronologiczny i został zredagowany pod kątem przejrzystości, stylu i długości. Mirage.News nie zajmuje stanowiska ani stron korporacyjnych, a wszystkie opinie, stanowiska i wnioski wyrażone w niniejszym dokumencie są wyłącznie opiniami autorów.