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TU München: Neuer Hybrid-Halbleiter spaltet Wasser effizienter

Eine neue, robuste aber flexible Halbleiterstruktur aus Zinn, Iod und Phosphor (SnIP) verspricht eine erheblich verbilligte Wasserstofferzeugung. Der Katalysator wurde von einem Forscherteam der TU München im Rahmen einer internationalen Kooperation entwickelt.

Laber Bildquelle: © U. Benz / TUM

Prof. Dr. Tom Nilges Mitarbeiter Dr. Claudia Ott und Doktorand Felix Reiter in ihrem Labor in Garching.

Der Wasserspaltungskatalysator besitzt eine mit Kohlenstoffnitrid umhüllte Doppelhelix-Halbleiterstruktur und ist zwar flexibel, aber gleichzeitig so robust wie Stahl. Damit wird sich Wasserstoff billig erzeugen lassen, hoffen die Forscher um den TUM-Chemiker Tom Nilges und den Ingenieur Karhik Shankar von der University of Alberta.

SnIP Bildquelle: © Pawan Kumar / University of Alberta

Elektronenmikroskopische Aufnahme des Hybrid-Materials.

Die anorganische Doppelhelix-Verbindung wird in einem einfachen Prozess bei Temperaturen um 400 Grad Celsius synthetisiert. »Das Material vereinigt die mechanischen Eigenschaften eines Polymers mit dem Potential eines Halbleiters«, sagt Tom Nilges, Professor für Synthese und Charakterisierung innovativer Materialien an der TU München. »Daraus können wir in einem weiteren technischen Schritt flexible Halbleiterbauteile herstellen«.

Die Struktur aus flexiblen SnIP-Doppelhelices und einer weichen Kohlenstoffnitrid-Schale kann Wasser laut Angaben der Forscher viermal effizienter spalten als dies bisher möglich war. Die Effizienz des Katalysators hängt mit seiner größeren Oberfläche zusammen, die die Forscher herstellten, indem sie SnIP-Fasern in dünnere Stränge teilten. Die dünnsten Fasern bestehen aus wenigen Doppelhelix-Strängen und sind nur einige Nanometer dick, praktisch eindimensional. Die Hülle aus Kohlenstoffnitrid verbessert die Reaktivität und Langlebigkeit.

»Flexible anorganische, nanometergroße 1D-Halbleiter können einen ebenso großen Hype auslösen wie es derzeit bei 2D-Schichtmaterialien wie Graphen, Phosphor oder Molybdändisulfid der Fall ist«, sagt Nilges, der bereits weitere Anwendungsgebiete für eindimensionale SnIP-Doppelhelices wie z.B. der Optoelektronik im Auge hat.