Photoelektrochemie

Die Photoelektrochemie ist ein Teilbereich der Elektrochemie, der sich mit dem Verhalten von Halbleiter-Elektrolyt-Systemen bei Bestrahlung mit Licht befasst.[1] Der Halbleiter stellt dabei eine Elektrode dar, die zusammen mit dem Elektrolyt eine Halbzelle bildet. Beim Einstrahlen des Lichtes bildet sich ein Elektron-Loch-Paar, welches in einer anschließenden elektrochemischen Reaktion beteiligt sind.[2] Diese Eigenschaft von Halbleitermaterialien wurde bereits erfolgreich zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie durch photovoltaische Geräte genutzt.

Geschichte

Die Photoelektrochemie wurde in den 1970er- und 1980er-Jahren aufgrund der ersten Erdölkrise intensiv erforscht. Da fossile Brennstoffe nicht erneuerbar sind, ist es notwendig, Verfahren zur Gewinnung erneuerbarer Ressourcen und zur Nutzung sauberer Energie zu entwickeln. Künstliche Photosynthese, photoelektrochemische Wasserspaltung und regenerative Solarzellen sind in diesem Zusammenhang von besonderem Interesse.

Anwendungen

Die Photoelektrochemie wurde im Bereich der Wasserstofferzeugung aus Wasser und Sonnenenergie intensiv untersucht. Viele Materialien haben vielversprechende Eigenschaften zur effizienten Wasserspaltung gezeigt, aber Titandioxid ist nach wie vor billig, reichlich vorhanden und stabil gegen Photokorrosion. Das Hauptproblem von Titandioxid ist seine Bandlücke, die je nach Kristallinität (Anatas oder Rutil) 3 oder 3,2 eV beträgt. Diese Werte sind zu hoch und nur die Wellenlänge im UV-Bereich kann absorbiert werden. Um die Leistung dieses Materials bei der Spaltung von Wasser mit der Wellenlänge des Sonnenlichts zu erhöhen, muss das Titandioxid sensibilisiert werden. Derzeit ist die Sensibilisierung mit Quantenpunkten vielversprechend, aber es sind weitere Forschungen erforderlich, um neue Materialien zu finden, die das Licht effizient absorbieren können.

Die künstliche Photosynthese ist eine vielversprechende Methode zur Nachahmung der natürlichen Photosynthese, um solche Verbindungen herzustellen. Die photoelektrochemische Reduktion von Kohlenstoffdioxid wird wegen ihrer weltweiten Auswirkungen intensiv untersucht.

Siehe auch

  • Photochemie
  • Photoelektrochemische Zelle
  • Photoelektrochemischer Prozess

Literatur

Einzelnachweise

  1. ↑ Joshua P. Barham, Burkhard König: Synthetische Photoelektrochemie. In: Angewandte Chemie. Band 132, Nr. 29, 13. Juli 2020, ISSN 0044-8249, S. 11828–11844, doi:10.1002/ange.201913767 (wiley.com [abgerufen am 19. Mai 2022]).
  2. ↑ Zoski, Cynthia G.: Handbook of electrochemistry. 1st ed Auflage. Elsevier, Amsterdam 2007, ISBN 978-0-08-046930-0.