Umweltfreundliche Nanopartikel für die künstliche Photosynthese
Cadmiumfreien Nanomaterialien als Basis für großtechnische Anwendungen.
Forscher der Uni Zürich haben neuartige Nanopartikel für die künstliche Photosynthese entwickelt: Quantenpunkte aus Indiumphosphid und Zinksulfid. Mithilfe von Sonnenlicht generieren diese Teilchen aus Wasser Wasserstoff. Diese leistungsstarken Quantenpunkte aus umweltfreundlichen Stoffen stehen nun erstmals für photokatalytische Prozesse zur Verfügung.
Abb.: Schematische Darstellung der photokatalytischen Wasserstoffproduktion mit InP/ZnS-
Quantenpunkte sind wenige Nanometer große Materialstrukturen, die sich ähnlich verhalten wie Atome oder Moleküle. Form, Größe und Anzahl der Elektronen von Quantenpunkten lassen sich gezielt beeinflussen. Die elektronischen und optischen Eigenschaften der Nanopartikel können so optimal für die jeweiligen Einsätze angepasst werden: etwa für neue Displaytechnologien, biomedizinische Anwendungen sowie die moderne Photovoltaik und Photokatalyse.
Ein weiteres Anwendungsgebiet zielt darauf ab, Wasserstoff direkt aus Wasser und Sonnenlicht zu erzeugen. Die vielversprechendsten Typen von Quantenpunkten, die bisher in der Energieforschung verwendet werden, enthalten Cadmium, das wegen seiner Giftigkeit aus vielen Verbrauchsgütern verbannt wurde. Nun hat das Team von Greta Patzke zusammen mit Forschern der Southwest Petroleum University in Chengdu und der Chinese Academy of Sciences neuartige Nanoteilchen ohne toxische Elemente für die Photokatalyse entwickelt.
Die etwa drei Nanometer großen Partikel bestehen aus einem Kern von Indiumphosphid, der von einer sehr dünnen Schicht von Zinksulfid umgeben ist. „Im Vergleich zu den cadmiumhaltigen Quantenpunkten sind die neuen Verbindungen nicht nur umweltfreundlich, sondern sind auch sehr effizient bei der katalytischen Herstellung von Wasserstoff aus Licht und Wasser“, erklärt Patzke. Die Sulfid-
Die neu entwickelten cadmiumfreien Nanomaterialien können als umweltfreundlichere Basis für diverse großtechnische Anwendungen dienen. „Die wasserlöslichen und umweltfreundlichen Quantenpunkte auf Indiumbasis können zukünftig auch getestet werden, um Biomasse wie Zellulose in Wasserstoff umzuwandeln. Oder sie können etwa zu kaum giftigen Biosensoren oder nichtlinearen optischen Materialien weiterentwickelt werden“, ergänzt Patzke.
U. Zürich / RK
