Sonnenlicht erzeugt Wasserstoff durch poröses Silizium

Ein Team von Maschinenbauingenieuren der Penn State hat einen Weg gefunden, Wasserstoff aus Wasser zu erzeugen. Dazu stellen sie poröses Silizium in einem Verfahren her, das mit Sonnenenergie betrieben wird. Das Team sieht diese Methode auch für Biosensoren, optische Elektronik und Batterien als anwendbar an.

Der Prozess der Herstellung von porösem Silizium beinhaltet eine Subtraktion, ähnlich wie bei der Bildhauerei, bei der man alle überflüssigen Teile entfernt, um das zu erhalten, was man braucht.

Einem Wang zufolge ist Silizium dank seiner Eigenschaft der Halbleitfähigkeit von großer Bedeutung. Bei der Herstellung von porösem Silizium geht es um das Ätzen, wobei eine Menge Material verloren geht. Wang und sein Team verwenden ein chemisches Verfahren, um Material aufzutragen, anstatt es zu entfernen.

Sie beginnen das Ganze mit einer der billigsten Siliziumquellen, nämlich Siliziumtetrachlorid. Nach der Extraktion wird das Material mit einer Legierung aus Natrium und Kalium behandelt. Wang erklärte auch, dass die Bindungen zwischen Chlor und Silizium im Siliziumtetrachlorid sehr stark sind und daher ein ebenso starkes Reduktionsmittel erforderlich ist. Die Natrium-Kalium-Legierung ist dafür geeignet.

Das Chlor wird an Kalium, Silizium, Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Natrium gebunden, wenn die Bindungen schließlich brechen. Diese Bindung ist fest und führt zu einem Material, das aus Salzkristallen besteht, die sich im Silizium befinden. Anschließend wird es durch Erhitzen behandelt und zur Entfernung des Salzes mit Wasser gewaschen. Das Material weist dann Poren mit einer Größe von fünf bis fünfzehn Nanometern auf.

Das gesamte Verfahren sollte in einem Raum ohne Luftsauerstoff durchgeführt werden. Die Forscher führten dieses Verfahren in einer Atmosphäre durch, die mit Argon gefüllt ist. Der Grund dafür ist, dass die Natrium-Kalium-Legierung sehr reaktiv ist.

Wang ist der Ansicht, dass der Prozess bis zur Fertigungsebene skaliert werden kann, da es Prozesse in industriellem Maßstab gibt, die die Natrium-Kalium-Legierung nutzen, so dass sie auch für die Herstellung dieser neuen Art von Silizium verwendet werden können.

Aufgrund der zahlreichen Poren auf den Siliziumpartikeln ist die Oberfläche groß und kann als Katalysator verwendet werden, wenn die Sonne auf Wasser und das poröse Silizium scheint. Die Sonnenenergie regt die Elektronen an, die das Wasser reduzieren und Wasserstoff in Gasform erzeugen.