Wasserstoff: Mit Licht betriebener Katalysator zerlegt Ammoniak
Wasserstoff aus Ammoniak: Ein Team in den USA hat einen Katalysator entwickelt, der mit Hilfe von Licht Ammoniak spaltet und Wasserstoff gewinnt.
Der Katalysator besteht aus Antennenreaktoren. Ein Teil davon nimmt Energie aus Licht auf, der andere Teil nutzt diese Energie, um chemische Reaktionen zu steuern. Der Antennenreaktor, den das Team um Naomi Halas und Peter Nordlander entwickelt hat, besteht aus Kupfer und Eisen.
Das Kupfer fängt dabei Energie aus sichtbarem Licht ein. Als Lichtquellen dienen dabei Leuchtdioden (LED). Das Eisen ist die aktive katalytische Stelle, die die Reaktion auslöst, die zur Aufspaltung des Ammoniaks in seine Bestandteile führt. Der Wasserstoff wird aufgefangen, der Stickstoff entweicht in die Luft.
Halas und Nordlander arbeiten schon länger an lichtaktivierten oder plasmonischen Metallnanopartikeln. 2011 entdeckten sie, dass plasmonische Teilchen kurzlebige, hochenergetische Elektronen, sogenannte Hot Carrier, abgeben. Fünf Jahre darauf fanden sie heraus, dass Hot-Carrier-Generatoren mit katalytischen Teilchen zu Antennenreaktoren kombiniert werden können.
Die besten plasmonischen Metallnanopartikel bestehen aus Edelmetallen wie Silber oder Gold. Mit ihrer neuen Arbeit, die in der Fachzeitschrift Science erschienen(öffnet im neuen Fenster) ist, zeigen sie, dass auch Antennenreaktoren aus Kupfer und Eisen bei der Umwandlung von Ammoniak sehr effizient sein können.
Das von Halas und Nordlander mitgegründete Unternehmen Syzygy Plasmonics hat die Antennenreaktortechnologie in einem LED-betriebenen Reaktor, wie ihn das Unternehmen bereits kommerziell anbietet, getestet. "Das ist die erste Studie in der wissenschaftlichen Literatur, die zeigt, dass durch Photokatalyse mit LEDs Wasserstoffgas aus Ammoniak im Gramm-Maßstab erzeugt werden kann" , sagte Halas(öffnet im neuen Fenster) . "Dies öffnet die Tür, um Edelmetalle in der plasmonischen Photokatalyse vollständig zu ersetzen."
"Diese Entdeckung ebnet den Weg für nachhaltigen, kostengünstigen Wasserstoff, der vor Ort und nicht in großen zentralen Anlagen produziert werden könnte" , sagte Nordlander.