Effekte zur Effizienzsteigerung der Wasserstoffgewinnung entdeckt

Wasserstoff gilt als wichtiger Energieträger der Zukunft. Ein Ansatz für die Gewinnung von Wasserstoff ist die Photokatalytische Wasserspaltung. Dabei wird mithilfe von Licht Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Wissenschaftler des Leibniz-Institutes für Photonische Technologien (IPHT) haben entdeckt, dass bei einer Anregung mit grünem Licht Elektronen direkt vom lichtabsorbierendem Zentrum zum Ort der Spaltung transferiert werden. Je schneller die Elektronen übertragen werden, desto effizienter kann Licht für die Wasserspaltung genutzt werden.

Welche Schritte bei der Wasserspaltung nach Absorption des Lichts stattfinden, wird in molekularen Photokatalysatoren beobachtet. Das genaue Verständnis der einzelnen Schritte der Wasserspaltung ist wichtig, um die Wasserspaltung für die industrielle Verwertung nutzbar zu machen. Besonderes Augenmerk der IPHT-Wissenschaftler liegt auf dem Transfer der Elektronen vom lichtabsorbierenden Zentrum zum Ort der Spaltung. Der Elektronentransfer läuft in einem Zeitfenster unter 1 Pikosekunde ab, also innerhalb von einem Millionsten Teil einer Millionsten Sekunde.

Die Prozesse auf dieser Zeitskala konnten mit vorhandenen Methoden bisher nicht genau untersucht werden. In Kooperation mit Wissenschaftlern der Polytechnischen Universität Mailand, haben IPHT-Wissenschaftler dieses Zeitfenster mit 20 Femtosekunden Zeitauflösung beobachtet. Im Ergebnis stellten sie fest, dass bei Anregung mit grünem Licht die Elektronen vom lichtabsorbierendem Zentrum direkt zum Ort der Spaltung transferiert werden. Bei Anregung mit Licht anderer Wellenlängen dagegen dauert es 1000 mal länger bis die Elektronen transferiert werden. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von effizienzmindernden Nebenprozessen. Die zusätzliche Beobachtung kohärenter Schwingungsdynamik, welche exklusiv unter Anregung mit grünem Licht auftritt, illustriert die Effizienz des Prozesses unter diesen Bedingungen.

Ermöglicht wurden die Messungen durch die Unterstützung des LaserLab Europe.

Publikation: Ultrafast Intramolecular Relaxation and Wave-Packet Motion in a Ruthenium-Based Supramolecular Photocatalyst, Maria Wächtler, Julien Guthmuller, Stephan Kupfer, Margherita Maiuri, Daniele Brida, Jürgen Popp, Sven Rau, Giulio Cerullo and Benjamin Dietzek, Chemistry – A European Journal, 21/2015, http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/chem.201406350/abstract

http://www.ipht-jena.de