Solare Brennstoff-Reaktionen nun beobachtbar
New Haven – Eine neue Technik der Yale University zeigt die Photokatalyse mit Solarenergie, also die Umwandlung von Sonnenlicht in Brennstoff – und das in Echtzeit bis auf die Nanoskala. Die Experten können damit verfolgen, wie ein lichtgetriebener Katalysator Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet und wie sich Elektronen und Elektronenfehlstellen durch das Material bewegen.
Photokatalysator live
«Diese Methode erlaubt uns, einen Photokatalysator mit einer ungewöhnlichen Kombination aus Realitätsnähe und Auflösung ‚in Aktion‘ zu beobachten», so Yale-Forschungsleiter Shu Hu. Es liessen sich Photokatalysatoren in Echtzeit und auf Mini-Skalen von etwa zehn Nanometern beobachten. Damit werde eine zentrale Einschränkung des Forschungsfeldes überwunden.
Das neue Verfahren erlaubt laut dem Wissenschaftler das Nachvollziehen der Trennung zwischen zwei chemischen Reaktionen: Reduktion und Oxidation. Diese Erkenntnis könnte den Weg für die Entwicklung besserer Materialien zur Solar-Brennstoff-Erzeugung ebnen, heißt es. Details sind in den «Proceedings of the National Academy of Sciences» nachzulesen.
Hochpräzise Messungen
Das System führt gleichzeitig amperometrische und potentiometrische Messungen durch. Erstgenannte erfassen die Anzahl der fliessenden Elektronen. Potentiometrische Messungen hingegen bestimmen die Spannung, also die Kraft, die die Elektronen antreibt. Möglich wird dies durch eine neue «Nanospitze» – eine Nano-Quarzspitze mit platinbeschichtetem Draht.
Eine Herausforderung bestand darin, die Nanospitze in physischen Kontakt mit der Oberfläche zu bringen, ohne sie zu beschädigen und eine präzise Positionskontrolle aufrechtzuerhalten. Laut Hu misst das Instrument nicht nur den elektrischen Strom auf metallischen Oberflächen, sondern auch die Spannung in Halbleitermaterialien unter Lichteinwirkung. (pte/mc/ps)
