Wasserstoff katalytisch gewinnen – ohne teure Edelmetalle

Kompaktes und kostengünstiges molekulares Photosystem zur lichtgetriebenen Wasserstoffgewinnung entwickelt

25.03.2022 - Deutschland

Ein Forschungsteam der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat ein von der Natur inspiriertes molekulares Photosystem entwickelt, das unter Einstrahlung von sichtbarem Licht Wasserstoff erzeugt. Anders als bisherige Systeme dieser Art kommt es ohne Edel- oder Schwermetalle aus.

Umweltverträglich und günstig

„Das Besondere an unserem System ist, dass es ein vergleichsweise kleiner und kompakter Metallkomplex ist, der aber keine teuren oder giftigen Metalle, wie etwa Platin oder Cadmium benötigt“, erklärt Prof. Dr. Wolfgang Weigand vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Jena. „Dabei ist der Umsatz der Wasserstofferzeugung etwa zehnmal höher als bei ähnlichen Systemen.“

Wie bedeutend dieser Erfolg ist, zeigt sich auch daran, dass die Arbeit als „Very Important Paper“ im international bedeutenden Fachmagazin „Angewandte Chemie“ veröffentlicht wurde. Höchstens fünf Prozent aller Publikationen wird dort dieser Rang zuteil.

Ein beispielhafter wissenschaftlicher Austausch

„Unser System ist inspiriert von der Natur“, erklärt Weigand. „Manche Organismen können mithilfe bestimmter Enzyme – den sogenannten ‚Eisen-Eisen-Hydrogenasen‘ – Wasserstoff herstellen. Daran orientieren wir uns in unserer Forschung. Und gerade bei dieser Arbeit gab es eine wirklich wunderbare Synergie im Team“, ergänzt der Chemiker.

Durchgeführt wurden die Arbeiten zu bedeutenden Teilen von Weigands Doktorand Philipp Buday und dessen damaliger Forschungspraktikantin Chizuru Kasahara, in Kooperation mit den Jenaer Forschungsgruppen um Stefanie Gräfe und Benjamin Dietzek-Ivanšić und der Universität Ulm. „Diese Zusammenarbeit war wirklich zielführend“, beschreibt Weigand. „Das zeigt auch eindrucksvoll, wie sehr Wissenschaft von Austausch profitiert, insbesondere da Frau Kasahara durch das Erasmus+-Programm von der japanischen Universität Saitama in das Jenaer Forschungsteam gekommen und nun selbst Doktorandin in meiner Gruppe ist.“

Grundlagenforschung ebnet den Weg zu „grünem“ Wasserstoff

Auf dem Weg zur Herstellung von nachhaltigem Wasserstoff – etwa mithilfe von Sonnenlicht – ist diese Arbeit ein weiterer Schritt. „Es ist aber nach wie vor Grundlagenforschung“, stellt Weigand klar. Denn derzeit arbeitet dieses System zum Beispiel nicht in Wasser. „Daran arbeiten wir aber gerade im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 234 ‚CataLight‘ der Deutschen Forschungsgemeinschaft, zu dem das gesamte Projekt gehört“, erläutert Weigand. „Erste Ergebnisse deuten bereits darauf hin, dass der Umsatz bei der Wasserstoffproduktion steigt, wenn das Photosystem in Polymere eingebaut ist. Hier wollen wir mit wasserlöslichen Varianten weiterarbeiten, um entsprechend Wasser als Lösemittel und Quelle für die lichtgetriebene Produktion von Wasserstoff zu erschließen.“

Originalveröffentlichung

Philipp Buday, Chizuru Kasahara, Elisabeth Hofmeister, Daniel Kowalczyk, Micheal K. Farh, Saskia Riediger, Martin Schulz, Maria Wächtler, Shunsuke Furukawa, Masaichi Saito, Dirk Ziegenbalg, Stefanie Gräfe, Peter Bäuerle, Stephan Kupfer, Benjamin Dietzek-Ivanšić, Wolfgang Weigand: Activating a [FeFe] Hydrogenase Mimic for Hydrogen Evolution under Visible Light. Angewandte Chemie International Edition (2022)

https://www.chemie.de/news/1175343/wasserstoff-katalytisch-gewinnen-ohne-teure-edelmetalle.html