Forschende unter der Leitung von Dr. Paolo Giusto haben bedeutende Fortschritte im Bereich der künstlichen Photosynthese erzielt. In ihrer aktuellen Untersuchung, die im Jahr 2025 veröffentlicht wurde, haben sie den Mechanismus der Wasserspaltung durch Kohlenstoffnitrid-Katalysatoren eingehend analysiert. Die Studie dokumentierte den Transfer von Protonen und Elektronen aus Wasser in den Katalysator unter Lichteinfluss und stellt somit einen wichtigen Beitrag zur Optimierung von Katalysatormaterialien zur Erzeugung von grünem Wasserstoff dar.
Kohlenstoffnitrid-Katalysatoren sind in der Lage, Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten, wobei Wasserstoff als erneuerbarer Energieträger gilt. Diese Forschung ermöglicht ein besseres Verständnis der Interaktionen zwischen Wassermolekülen und Kohlenstoffnitrid. Bisherige Studien waren durch unterschiedliche Zeitskalen der Reaktionen eingeschränkt, doch mithilfe moderner spektroskopischer Techniken konnte das Forschungsteam nun die Dynamik des Kohlenstoffnitrids in Echtzeit beobachten.
Mechanismus der Wasserspaltung
Die entscheidenden Vorgänge finden an der Grenzfläche zwischen festem Kohlenstoffnitrid und flüssigem Wasser statt. Kohlenstoffnitrid überträgt Elektronendichte auf Wassermoleküle und erzeugt ein Hybridsystem. Der Partikeltransfer führt zu einem Ungleichgewicht, welches weitere chemische Reaktionen auslöst. Kohlenstoffnitrid nutzt Lichtenergie, um Wassermoleküle zu destabilisieren, wodurch ein protonengekoppelter Elektronentransfer stattfinden kann. Diese Entdeckung hat bedeutende Auswirkungen auf die Entwicklung nachhaltiger Energielösungen und liefert wertvolle Erkenntnisse zur Optimierung von Katalysatoren für die Wasserstoffproduktion, wie auf Sonnenseite berichtet.
Parallel zu diesen Fortschritten in der künstlichen Photosynthese ist das grundlegende Verständnis der Photosynthese in Pflanzen von zentraler Bedeutung. Wie auf Studyflix erläutert wird, benötigt die Pflanze zu Beginn der Photosynthese Kohlenstoffdioxid (CO₂), Wasser (H₂O) und Lichtenergie. Wasser wird über die Wurzeln aufgenommen, während Kohlenstoffdioxid meist in der Luft vorhanden ist, unter anderem durch menschliches Ausatmen. Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt, wobei Chloroplasten und der Farbstoff Chlorophyll eine entscheidende Rolle spielen. Die chemische Reaktion führt zur Bildung von Zucker (Glucose), der der Pflanze zur Ernährung und zum Wachstum dient, sowie zur Produktion von Sauerstoff (O₂), der für Menschen lebenswichtig ist.
