Im Zuge der Entwicklung von sauberen Energiequellen als eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts wird die Nutzung von Sonnenlicht für katalytische Reaktionen, insbesondere für die Wasserstoffproduktion durch Wasserspaltung, als vielversprechender Weg in Betracht gezogen. Dieses Projekt profitierte von der großen Sammlung von Nanomaterialien, um neue Hybride mit verbesserten Eigenschaften zu schaffen, die zu einer höheren photokatalytischen Effizienz führen.
Die Natur liefert oft die Inspiration für wissenschaftliche Bemühungen.
Die Verwendung des Sonnenlichts in künstlichen photosynthetischen
Geräten, um molekularen Wasserstoff (H2) für den Einsatz in
H2-Brennstoffzellen herzustellen, ist Gegenstand vieler Untersuchungen.
Photokatalytische Systeme spalten Wassermoleküle in H2 und Sauerstoff
auf. Neuartige Materialien mit größerer Effizienz und Stabilität bei
geringeren Kosten werden benötigt.
Die Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts
CARINHYPH erforschen Hybridnanomaterialien aus nanostrukturiertem Kohlenstoff und anorganischen Halbleitern. Das Team funktionalisierte qualitativ hochwertige Kohlenstoff-Nanoröhren und Graphen für eine spätere Integration mittels In-situ-Wachstum in anorganische Strukturen mit verschiedenen Architekturen: Nanomembranen mit anorganischen Beschichtungen, mesoporöse Gyroid-Hybriden und elektrogesponnene Strukturen.
Ein wesentlicher Aspekt des Projekts ist der Schwerpunkt auf Grenzflächentechnik als Mechanismus zur Steuerung von Ladungsprozessen zwischen den Hybriden, um so Lebensdauer und photokatalytische Effizienz zu erhöhen. Bei der Optimierung der angestrebten Synthesewege wurden bereits Fortschritte erzielt. Modernste Spektroskopietechniken lieferten einen einzigartigen Einblick in die elektronischen Eigenschaften des Übergangs zwischen Nanomaterial und anorganischem Halbleiter, mit dessen Hilfe die Synthesewege entsprechend angepasst werden können.
Das Team von CARINHYPH besteht aus Unternehmen an den beiden Enden der Lieferkette. Thomas Swan Ltd. ist ein Unternehmen für Feinchemikalien, das qualitativ hochwertige Kohlenstoffnanoröhren und Graphen in industriellen Mengen produziert. INAEL ist ein KMU im Bereich fortschrittlicher anorganischer Materialien. Um das Potenzial der industriellen Umsetzung der Materialien zu erhöhen, wird eine Roadmap für den industriellen Einsatz vorbereitet. Sie umfasst Lebenszykluskostenrechnung (Life-Cycle Costing, LCC) und -bewertung (Life-Cycle Assessment, LCA), um Nachhaltigkeit zu gewährleisten.
Kurzfristig gesehen trägt CARINHYPH zur sinnvollen Entwicklung und Synthese neuer nanostrukturierter Hybriden mit verbesserten katalytischen Eigenschaften für Anwendungen im Bereich der nachhaltigen Energie bei, etwa für Wasserspaltung, Wasserreinigung, Photoelektrochemie und Photovoltaik. Auf lange Sicht werden diese nanostrukturierten Hybridsysteme zur Lösung der Energieprobleme der EU beitragen.
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