15. Januar 2024 । Ein Team um die Chemikerin Prof. Dr. Kalina Peneva an der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat ein Katalysatorsystem entwickelt, das Wasserstoff durch Lichtenergie erzeugt. Das System basiere auf neuartigen Farbstoffen, die ohne Metalle auskommen, einfach herzustellen seien und die absorbierte Lichtenergie auf einen Katalysator auf übertragen, der damit Wasserstoff produziert.
Laut Prof. Peneva vom Institut für Organische und Makromolekulare Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena absorbieren die Farbstoffmoleküle Licht. Dessen Energie werde anschließend in einen „langlebigen angeregten Zustand innerhalb des Moleküls“ umgewandelt. Das Prinzip sei vergleichbar mit dem der Fluoreszenz, das man von Gegenständen oder Kleidungsstücken kennt, die unter Schwarzlicht leuchten.
„Allerdings geben unsere Farbstoffe die Energie nicht wieder als Licht ab. Stattdessen nutzen wir diese gespeicherte Energie, indem sie auf einen darauf abgestimmten Katalysator übertragen wird. Dieser erzeugt dann Wasserstoff aus Wasser“, erläutert sie das Prinzip in einer von der Universität veröffentlichten Pressemitteilung.
Ein Vorteil des neuartigen Katalysatorsystems sei, dass es nicht nur effizient, sonder auch günstig, gut verfügbar und ressourcenschonend sei.
Kostengünstige und umweltschonende Katalysatoren
Katalysatoren, die Wasserstoff aus Sonnenlicht erzeugen, entwickeln Wissenschaftler:innen schon seit vielen Jahren – etwa im Sonderforschungsbereich „CataLight“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft, zu dem auch Jena-Projekt gehört. Das Besondere an den von Peneva benutzten Farbstoff-Molekülen: Sie kommen ohne Metalle aus.
Die Chemikerin fügt hinzu, dass die Herstellung dieser nachhaltigen Farbstoffe vielversprechend und einzigartig sei, weil es eine einfache und effiziente Synthesemethode für diese Moleküle gebe. Dadurch verbessere sich die Skalierbarkeit des Prozesses:
„Wir bilden den Farbstoff durch eine einfache, sogenannte Kondensationsreaktion. Und da der Farbstoff als Feststoff ausfällt, können wir ihn einfach durch Filtration aus dem Reaktionsgemisch abtrennen. Damit braucht es im Gegensatz für vielen anderen Synthese-Ansätzen keine teuren und aufwändigen Reinigungsschritte für das gewünschte Produkt.“
Interdisziplinäre Zusammenarbeit
Das Forschungsteam arbeitete innerhalb der Universität Jena eng mit der Gruppe von Benjamin Dietzek-Ivanšić vom Institut für Physikalische Chemie zusammen und untersuchte systematisch verschiedene Varianten des Farbstoffs, um die optimale Konfiguration für die lichtgetriebene Katalyse zu finden.
Die Ergebnisse veröffentlichte das Team im Fachmagazin „Journal of Materials Chemistry A“. Das Potenzial wird an der Turnover-Number, kurz: TON, festgemacht, einer wichtigen Kennzahl für die Leistungsfähigkeit von Katalysatoren. Sie liegt bei einem gutem Wert von ca. 4.000. Das Team überlege nun, den Forschungstransfer mit möglichen Industriepartnern anzugehen:
„Ob es dazu kommt, dass wir dieses Katalysatorsystem im industriellen Maßstab herzustellen versuchen, kann ich zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht sagen“, schränkt Kalina Peneva ein. „Aber es ist auf jeden Fall eine Überlegung, wie wir anstellen.“
