Projektbeschreibung
Neuartige Halbleitermaterialien als Lichtblick für die saubere Wasserstofferzeugung
Der Umstieg von fossilen Brennstoffen auf sauberere erneuerbare Energiequellen ist entscheidend für die zukünftige Energiesicherheit und für das Wohlergehen unseres Planeten. Wasser spaltende photoelektrochemische Zellen wandeln Sonnenenergie in saubere Wasserstoff (H2)-Brennstoffe um. Die Zellen produzieren allein unter Verwendung von Sonnenlicht H2 direkt aus Wasser. Der Wasserspaltungsprozess führt zu keinen Treibhausgasemissionen. Eine wichtige Herausforderung ist die Entwicklung zuverlässiger, effizienter und kosteneffektiver photoelektrochemischer Halbleitermaterialien. Das EU-finanzierte Projekt MFreePEC begegnet dieser Herausforderung durch eine vollkommen neue Klasse metallfreier Halbleitermaterialien für photoelektrochemische Zellen und durch die entsprechenden Ablagerungsmethoden. Die Fähigkeit zur Kontrolle der Eigenschaften und Verbesserung der elektrochemischen Aktivität der photoelektrochemischen Materialien wird dabei helfen, dass photoelektrochemische Zellen ihren rechtmäßigen Platz in der Energielandwirtschaft einnehmen.
Ziel
One of the most promising future sources of alternative energy involves photoelectrochemical cells (PECs) that can convert sunlight and water directly to clean hydrogen fuel. Up to now, the PEC field has been dominated mostly by metal-based materials and despite the progress in this field, semiconductors that fulfil all the stringent requirements as PEC semiconductors do not exist today and novel materials are still much sought after. Thus, the development of suitable semiconductor materials will be a game changer, allowing PECs to fulfil their role in the energy-devices landscape.
The aim of this project is to introduce a new class of metal-free materials that are particularly suitable as semiconductors in PECs through the development of new strategies for the controlled synthesis and growth of metal-free materials on various substrates, ranging from carbon nitride to nitrogen-doped carbon and new carbon-nitrogen-phosphorus/boron/sulfur materials (referred as CNXs, X = P, B or S). Central to this goal is the understanding of the growth mechanism of CNX layers from the molecular level, which will in turn permit the rational design of synthesis and deposition methods. More specifically, we will (i) develop effective deposition pathways of CNXs on substrates with controlled properties, (ii) understand the factors that determine the CNX layer properties and, from this, (iii) control CNXs properties such as band gap, exciton lifetime, crystallinity, porosity, and electronic structure, with the aim of improving their photoelectrochemical activity through rational design of the synthetic parameters.
This highly interdisciplinary proposal combines materials science, photoelectrochemistry and supramolecular chemistry. It will open up new opportunities in these fields, in particular in the synthesis and deposition of metal-free materials, and it will significantly accelerate the integration of lightweight materials into energy–conversion and other devices.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
84105 Beer Sheva
Israel