Ein Reaktor in Form einer Zelle
Wissenschaftler haben einen winzigen Nanoreaktor gebaut, der die Struktur lebender Zellen nachahmt, um Wasserstoffperoxid nur mit Sonnenlicht und Wasser herzustellen. Der hohle Reaktor hat einen Cadmiumsulfid-Kern, der mit Polydopamin beschichtet ist. Er kombiniert einen lichtfangenden Hohlraum mit einer Protonen-Relais-Hülle, die zusammenarbeiten, um die chemische Reaktion anzutreiben.
Das Team vom Dalian Institute of Chemical Physics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften veröffentlichte die Ergebnisse im Journal of the American Chemical Society. Der Reaktor erreichte eine Photosyntheserate für Wasserstoffperoxid von 3,24 Millimol pro Gramm Katalysator pro Stunde.
Warum Wasserstoffperoxid wichtig ist
Wasserstoffperoxid ist eine der am häufigsten verwendeten Industriechemikalien. Es kommt beim Bleichen, Desinfizieren, in der Wasseraufbereitung und in der Elektronikfertigung zum Einsatz. Die konventionelle Produktion ist auf energieintensive Prozesse angewiesen, die mit fossilen Brennstoffen verbunden sind, und die Chemikalie wird oft in konzentrierter Form transportiert, was Risiken birgt.
Die Herstellung von Wasserstoffperoxid vor Ort aus Sonnenlicht und Wasser würde einen Großteil dieser Kosten und Gefahren beseitigen. Da das neue System mit sichtbarem Licht und Wasser arbeitet, vermeidet es aggressive Reagenzien und energieintensive Inputs.
Vom Labor zur praktischen Anwendung
Die Forscher betteten den Nanoreaktor in ein recycelbares Hydrogel ein. Sie sagen, dass das gelbasierte System unter natürlichem Sonnenlicht im Freien weiterhin stetig Wasserstoffperoxid produzierte, was die Technologie über eine Laborkuriosität hinausführt.
Der Ansatz ist ein Schritt in Richtung künstlicher Photosynthese, bei der technische Materialien Sonnenlicht einfangen, wie es Blätter tun. Wenn es hochskaliert wird, könnten sonnenlichtbetriebene Reaktoren Wasserstoffperoxid lokal und bei Bedarf produzieren, wodurch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und gefährlichen Transporten verringert wird. Das Team sagt, dass dieselben Designprinzipien auf andere chemische Reaktionen angewendet werden könnten, was neue Wege für sauberere Fertigung eröffnet.