{"id":104888,"date":"2025-02-01T02:33:00","date_gmt":"2025-02-01T01:33:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=104888"},"modified":"2025-01-31T16:14:04","modified_gmt":"2025-01-31T15:14:04","slug":"kuenstliche-photosynthese-entschluesseltwie-kohlenstoffnitrid-wasser-spaltet-und-gruenen-wasserstoff-erzeugen-kann","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/kuenstliche-photosynthese-entschluesseltwie-kohlenstoffnitrid-wasser-spaltet-und-gruenen-wasserstoff-erzeugen-kann\/","title":{"rendered":"K\u00fcnstliche Photosynthese entschl\u00fcsselt:Wie Kohlenstoffnitrid Wasser spaltet (und gr\u00fcnen Wasserstoff erzeugen kann)\u00a0"},"content":{"rendered":"\n

Lange haben Forschende versucht, den genauen Mechanismus der Wasserspaltung durch Kohlenstoffnitrid-Katalysatoren zu verstehen. <\/p>\n\n\n\n

Dr. Paolo Giusto und seinem Team ist es gelungen, die Wechselwirkungen an der Grenzfl\u00e4che zwischen Kohlenstoffnitrid und Wasser Schritt f\u00fcr Schritt zu erfassen. Sie dokumentierten den Transfer von Protonen und Elektronen aus dem Wasser in den Katalysator unter Lichteinfluss. Diese Entdeckung bildet eine entscheidende Grundlage f\u00fcr die Optimierung von Katalysatormaterialien zur effizienten Erzeugung von gr\u00fcnem Wasserstoff als nachhaltige L\u00f6sung f\u00fcr erneuerbare Energien.
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Pflanzen nutzen Licht, um durch Photosynthese Treibstoffe zu erzeugen \u2013 sie wandeln Sonnenenergie in Zuckermolek\u00fcle um. Mit der k\u00fcnstlichen Photosynthese ahmen Forschende diesen nat\u00fcrlichen Prozess nach, um Licht in energiereiche Chemikalien umzuwandeln und so nachhaltige Energiequellen zu erschlie\u00dfen. Kohlenstoffnitride haben sich dabei als wirksame Katalysatoren erwiesen. Diese Verbindungen aus Kohlenstoff und Stickstoff spalten mithilfe von Licht Wasser in seine Bestandteile, Sauerstoff und Wasserstoff \u2013 und Wasserstoff gilt als vielversprechender erneuerbarer Energietr\u00e4ger.<\/p>\n\n\n\n

Aber wie funktioniert die Wasserspaltung genau? Forschenden ist es erstmals gelungen, jeden Schritt einer der meistuntersuchten, aber am wenigsten verstandenen Reaktionen der letzten Dekade zu beobachten. \u201eDas geht \u00fcber die Beantwortung einer langj\u00e4hrigen Frage der Grundlagenforschung hinaus<\/em>\u201c, betont der Studienleiter Dr. Paolo Giusto vom Max-Planck-Institut f\u00fcr Kolloid- und Grenzfl\u00e4chenforschung. \u201eDie Erkenntnis, wie Wassermolek\u00fcle unter Lichteinfluss mit Kohlenstoffnitriden interagieren, liefert zentrale Einsichten f\u00fcr die Weiterentwicklung gr\u00fcner Energietechnologien<\/em>.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Der Schl\u00fcssel zur L\u00f6sung dieses wissenschaftlichen R\u00e4tsels liegt in den komplexen Prozessen, die ablaufen, wenn Wasser an der Oberfl\u00e4che des Kohlenstoffnitrids haftet. Bisher haben die unterschiedlichen Zeitskalen der beteiligten Reaktionen ein vollst\u00e4ndiges Bild erschwert, so dass Forschende auf theoretische Berechnungen und r\u00fcckblickende Experimente angewiesen waren. Mit modernen spektroskopischen Techniken ist es Giusto und seinem Team nun gelungen, die Dynamik des Kohlenstoffnitrids auf\u2026frischer Tat zu ertappen.<\/p>\n\n\n\n

Die entscheidenden Vorg\u00e4nge finden an der Grenzfl\u00e4che statt \u2013 auf nanometergenauer Ebene zwischen dem festen Kohlenstoffnitrid und den fl\u00fcssigen Wassermolek\u00fclen. Dabei \u00fcbertr\u00e4gt das Kohlenstoffnitrid Elektronendichte auf die Wassermolek\u00fcle, wodurch ein sogenanntes Hybridsystem entsteht. \u201eAb diesem Punkt verhalten sich Wasser und Katalysator wie ein neues, gemeinsames<\/em> hybrides Halbleitersystem. Es ist, als w\u00fcrden sie sich zu einem Team zusammenschlie\u00dfen, dessen Eigenschaften sich von denen der einzelnen Elemente deutlich unterscheiden<\/em>\u201c, erl\u00e4utert Dr. Sonia \u017b\u00f3\u0142towska.<\/p>\n\n\n\n

Der Partikeltransfer erzeugt ein Ungleichgewicht, das weitere Reaktionen ausl\u00f6st und die chemischen Bindungen des Wassers schw\u00e4cht. Kohlenstoffnitrid absorbiert Licht und nutzt dessen Energie, um die Wassermolek\u00fcle weiter zu destabilisieren, wobei ein protonengekoppelter Elektronentransfer stattfindet. \u201eDas bedeutet, dass ein positiv geladenes Proton und ein negativ geladenes Elektron gleichzeitig vom Wasser auf den Katalysator \u00fcbertragen werden<\/em>\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Daniel Cruz vom Fritz-Haber-Institut. Diese Zwischenverbindung war das fehlende Puzzlest\u00fcck der k\u00fcnstlichen Photosynthese: das Team zeichnete in Echtzeit den Mechanismus auf, der letztlich das Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufspaltet.<\/p>\n\n\n\n

Diese Entdeckung im Bereich der Oberfl\u00e4chenchemie hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Entwicklung nachhaltiger Energiel\u00f6sungen. Obwohl der gro\u00dffl\u00e4chige Einsatz von Wasserstoff als Alternative zu fossilen Brennstoffen noch ein Ziel der Zukunft ist, bietet dieses Forschungsergebnis wertvolle Erkenntnisse zur Optimierung von Katalysatoren. Es bringt uns der effizienten Wasserstoffproduktion durch Wasserspaltung einen entscheidenden Schritt n\u00e4her.<\/p>\n\n\n\n

Originalver\u00f6ffentlichung<\/a><\/p>\n\n\n

Quelle<\/h5>\r\n\n\n\n

Max-Planck-Institut f\u00fcr Kolloid- und Grenzfl\u00e4chenforschung 2025<\/a><\/p>\n\n\n\n

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