Light for Hydrogen: Nanostructure design for photocatalytic water splitting

Zentrales Forschungsgebiet der NWG Light for Hydrogen (L4H) sind Arbeiten für einen erhöhten Licht-nach-Wasserstoff Effizienz mittels Benutzung von speziell designter Nanostrukturen und ein vertieftes Verständnis von den Vorteilen und Nachteilen der Benutzung von diesen Nanostrukturen für fotokatalytische Wasserspaltung. Mittel- bis langfristiges Ziel ist es dabei, am Ende eine fotoelektrochemische Zelle zu ermöglichen, welche effizient Wasserstoff und Sauerstoff produziert ohne Anlegung einer Vorspannung. Das Projekt der NWG L4H konzentriert sich auf die Erforschung und Verbesserung der fotokatalytischen Licht-zu-Wasserstoffeffizienz von speziell (eindimensionalen) Nanostrukturen. Dies wird erreicht, indem die Untersuchung und verschiedene Beschichtungstechniken zu vergleichen (z.B. elektrochemische Abscheidung in Templaten oder Elektrospinnen) für die Herstellung dieser Nanostrukturen mit unterschiedlichen Materialien (zum Beispiel Metallorganische Gerüste, CuFeO2, BiVO4 und CuBi2O4). Die fotoelektrochemische und -katalytische Effizienz dieser Nanostrukturen wird durch fotoelektrochemische (PEC) und Gaschromatographie (GC)-Messungen untersucht, in Kombination mit der Untersuchung ihrer physikalischen Eigenschaften unter Verwendung der zeitaufgelösten Spektroskopie und Oberflächenfotospektroskopie.
Die AG Light for Hydrogen (Maijenburg) hat das Ziel einer erhöhten Licht-zu-Wasserstoff-Effizienz mit Hilfe der folgenden Sub-Projekte zu verfolgen:
1)      Design von Nanostrukturen aus metallorganischen Gerüsten (metal organic frameworks; MOF) vermittels elektrochemischer Oxidation, sowie deren Modifikation für die fotokatalytische Wasserspaltung;
2)      Fotokatalytische Nanostrukturen, hergestellt über Elektroabscheidung in anodisierten Aluminiumoxid-Templaten (AAO-Templaten);
3)      Fotokatalytische Nanofasern, hergestellt durch Elektrospinnen vermittels Sol-Gel-Chemie;
4)      Untersuchung der physikalischen und chemischen Eignung verschiedener Typen von Nanostrukturen für die fotokatalytische Wasserspaltung vermittels zeitaufgelöster Spektroskopie (TRS) und Oberflächen-Fotospannungsspektroskopie (SPS);
5)      Kombination verschiedener fotokatalytischer Nanostrukturen und Materialien für das Design von fotokatalytischen Zellen für eine verbesserte fotoelektrochemische und autonome Wasserspaltung, z.B. in einer Tandemzelle oder Z-Schema-Konfiguration.