Mit Kohä­renz mehr Wasser­stoff gewin­nen

Ein Ruthenium-basierter supramolekularer Photokatalysator bewirkt eine ultraschnelle intramolekulare Releaxation und Bewegung der Wellenpakete (Bild: Wächtler et al., IPHT / Wiley-VCH)

Ein Ruthenium-basierter supramolekularer Photokatalysator bewirkt eine ultraschnelle intramolekulare Releaxation und Bewegung der Wellenpakete (Bild: Wächtler et al., IPHT / Wiley-VCH)

Wasserstoff gilt als wichtiger Energieträger der Zukunft. Ein Ansatz für seine Gewinnung ist die photokatalytische Wasserspaltung. Dabei spaltet Licht das Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff auf. Wie Wissenschaftler des Leibniz-Institutes für Photonische Technologien  entdeckt haben, gelangen Elektronen bei einer Anregung mit grünem Licht direkt vom lichtabsorbierendem Zentrum zum Ort der Spaltung. Je schneller die Elektronen übertragen werden, desto effizienter lässt sich das Licht für die Wasserspaltung nutzen.

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 sie 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 einer Pikosekunde ab.

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 zwanzig 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 tausendmal länger, bis die Elektronen transferiert werden. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von effizienzmindernden Nebenprozessen. Die zusätzliche Beobachtung kohärenter Schwingungsdynamik, die ausschließlich unter Anregung mit grünem Licht auftritt, illustriert die Effizienz des Prozesses unter diesen Bedingungen. (Quelle: IPHT)

Referenz: M. Wächtler et al.: Ultrafast Intramolecular Relaxation and Wave-Packet Motion in a Ruthenium-Based Supramolecular Photocatalyst, Chem. Europ. J. 21, 7668 (2015); DOI: 10.1002/chem.201406350

Link: Forschungsabteilung Spektroskopie / Bildgebung, Leibniz-Institut für Photonische Technologien, Jena

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