En sammansatt prick ska ge miljövänligare vätgas
Av Vätgas är viktigt för framtiden för flera pågående projekt till exempel Hybrit. Vätgas kan utvinnas miljövänligt ur vatten och solljus med hjälp av fotokatalytiska sammansatta polymernanopartiklar som utvecklats av forskare vid Uppsala universitet. I laboratorietester har de så kallade polymerprickarna visat både lovande prestanda och stabilitet.
Vätgas kan spela en viktig roll i framtidens hållbara energisystem och går att framställa ur förnybara resurser som vatten och solenergi. Men för processen krävs så kallade fotokatalysatorer. Traditionellt har de tillverkats av metallbaserade material som ofta är giftiga. En forskargrupp underledning av Haining Tian vid Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet arbetar i stället med att ta fram organiska fotokatalysatorer i nanostorlek, så kallade polymerprickar, som ska bli både miljövänliga och kostnadseffektiva.
I och med att polymerprickarna (Pdots) är så små fördelar de sig jämt i vatten. Det ger en större reaktionsyta jämfört med traditionella fotokatalysatorer och innebär att mer ljus kan omvandla vatten till vätgas. Forskargruppen har nu tagit fram en polymerprick som är sammansatta av tre olika komponenter. I tester har partikeln visat upp en mycket god katalytisk prestanda och stabilitet.
– Att kombinera flera komponenter som absorberar ljus vid olika våglängder är det lättaste sättet att skapa ett system där alla synliga ytor fångar upp ljus. Men att få dessa komponenter att fungera bra ihop i ett fotokatalytiskt system är utmanande, säger Haining Tian, docent i fysikalisk kemi vid Uppsala universitet.
För att undersöka hur väl de olika komponenterna samverkar, använde han och hans kollegor spektroskopimetoder där polymerpricken utsattes för ljus under en viss tid. På så sätt kunde de följa hur fotokemiska mellansteg skapades och försvann under belysning.
– Det är spännande att se att det sker både ultrasnabb energiöverföring och elektronöverföring i en partikel och att det hjälper systemet att utnyttja ljuset och separera laddningen för den katalytiska processen, säger studiens försteförfattare Aijie Liu, postdoktor vid institutionen för kemi – Ångström.
Forskarna har lyckats optimera systemet av trippelkomponentspolymerprickar så att det katalyserar solenergi till vätgas med en effektivitet på sju procent vid 600 nanometer. Det är betydligt bättre än de 0,3 procent vid 600 nanometer som gruppen fått fram när de arbetat med polymerprickar som bestått av endast en komponent.
Ett problem har tidigare varit att fotokatalysatorerna bryts ner för tidigt, men nu kunde forskarna inte ens efter ett test på 120 timmar se någon uppenbar nedbrytning.
Pricken består av två konjugerade polymerer (PFBT och PFODTBT) baserade på fluoren och bensotiadiazolgrupper, och en liten molekylär acceptor (ITIC) har framställts och bedömts för fotokatalytisk väteproduktion med hjälp av en Platina-katalysator.
Studien har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Journal of the American Chemical Society.