Neue Materialien bringen Wasserstoffproduktion in Schwung

Die wachsende Erdbevölkerung ist die treibende Kraft hinter dem zunehmenden Energiebedarf, was wiederum größere Kohlendioxidmengen (CO2) verursacht, die von fossilen Brennstoffen  herstammen. Die unbegrenzte Energie unserer Sonne anzuzapfen ist die einzige Möglichkeit, diesen Teufelskreis zu durchbrechen, der eng mit einer nicht nachhaltigen Zukunft in Sachen Energie verbunden ist.

Obwohl sich die künstliche Photosynthese noch in einer frühen Entwicklungsphase befindet, stellt sie eine praktikable Energiequelle dar. Wesentliche Herausforderungen sind mit dem Aufbau einer molekularen Maschinerie verbunden, welche die Art und Weise nachahmt, wie Pflanzen Wasser in Sauerstoff aufspalten und CO2 in Glukose umwandeln. Aus der Wasserspaltung resultierende Protonen können zur Wasserstoffproduktion genutzt werden.

EU-finanzierte Wissenschaftler initiierten das Projekt "Photocatalytic cluster complexes for artificial photosynthesis applications" (PCAP), um Metallkomplexe zu erzeugen, die als Katalysatoren für Solarzellanwendungen Einsatz finden könnten.

Durch sorgfältig gesteuerte Reagenzien und Metallionen stellten die Wissenschaftler mehrere Mangan-Kalzium-Cluster her und bestimmten deren Kristallstrukturen. Eine stabförmige Kalziumionenanordnung, besetzt mit Mangankomplexen, war eine besonders interessante Struktur. Abgesehen von den Manganionen wurde eine Fülle von anderen Übergangsmetallionen in Gegenwart von aus Carbonsäure-Liganden aufgebauten Koordinationspolymeren erprobt. Man sammelte Kristallstrukturen aus mehreren Komplexen, wobei sich Wassertaschen und Hohlräume für die Gassorption offenbarten.

In Anbetracht der Tatsache, dass redoxaktive Molekülsysteme von unschätzbarem Wert für die Aktivierung kleiner Moleküle sind, stellten die Wissenschaftler Porphyrinverbindungen und Liganden auf Basis von Terpyridin her. Obgleich das Leistungsvermögen des Ferrocenyl-Porphyrinderivats für Solarzellanwendungen mangelhaft war, offenbarten detaillierte Untersuchungen die schnelle Löschung des Anregungszustand des Systems.

Die PCAP-Arbeit ebnete den Weg zur Erzeugung von Wasserstoff aus Sonnenlicht und Wasser. Das Austauschprogramm verschaffte den Forschern die Gelegenheit, Rumänien und das Vereinigte Königreich zu besuchen, wobei es Pläne für zukünftige Besuche in der Republik Moldau gibt. Dieser Aspekt des Projekts erwies sich überdies als ein wichtiges Instrument zum Erreichen seiner Ziele. Zu den Verbreitungsaktivitäten zählten Seminare, Treffen und Austauschbesuche.