Künstliche Photosynthese

Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrum für Materialien und Energie (HZB), haben die Elektronenzustände eines Mangan-Katalysators exakt beschrieben, der Licht in chemische Energie umwandeln kann.


Die Forscher haben damit einen wichtigen Schritt gemacht, um Photosynthese – die Energiegewinnungsmethode grüner Pflanzen – in künstlichen Systemen besser zu verstehen.
Wenn die Forschungsergebnisse letztlich in einen technisch und ökonomisch ausgereiften Prozess umgesetzt werden können, wären wir auf dem Weg zu einer kontinuierlichen Speicherung von Sonnenenergie ein wesentliches Stück weiter gekommen.

Könnte man das Licht der Sonne ohne großen Aufwand direkt in chemische Energie umwandeln – sämtliche Energiesorgen der Menschheit wären Vergangenheit. Grüne Pflanzen haben dafür einen Mechanismus entwickelt, die Photosynthese: Sie nutzen Sonnenlicht, um aus Wasser und Kohlendioxid energiereiche Substanzen wie Zucker aufzubauen. Doch die Moleküle des so genannten „Oxygen Evolution Centre“, wo diese Vorgänge in den Pflanzenzellen stattfinden, sind hochkomplex und sehr empfindlich. Wissenschaftler sind deshalb bestrebt, die katalytischen Vorgänge im Labor in künstlichen Systemen ablaufen zu lassen und diese für den kommerziellen Einsatz zu optimieren. Am besten geeignet sind Mangan-Komplexe, die in eine Nafion-Matrix – einem Teflon-ähnlichen Polymer – eingebettet sind. Beim Kontakt mit Nafion bilden die Mangan-Komplexe Nanopartikel aus Manganoxiden, die bei Lichteinfall die Spaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff katalysieren. Der Wasserstoff kann als Energieträger gespeichert werden.

Von den verschiedenen Mangan-Komplexen erwies sich ein von den Wissenschaftlern als Mn(III) bezeichneter Komplex als Bildner der effizientesten Manganoxide. Das Ziel ist es, synthetisch arbeitenden Chemikern ein genaues Bild der bei der künstlichen Photosynthese ablaufenden Vorgänge zu geben, um so ihre Forschung zu unterstützen. So muss man zum Beispiel herausfinden, ob und unter welchen Bedingungen die Materialien für technische Anwendungen genutzt werden können, so dass Licht in chemische Energie umgewandelt wird.

Erstellt am 4.2.2015

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