Das Projekt "Teilvorhaben HZG: 'Strukturierte Modellsysteme für die solare Wasserstoffherstellung'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH, Institut für Werkstoffforschung , Werkstofftechnologie durchgeführt. Das Forschungsvorhaben der Nachwuchsgruppe zielt auf die Demonstration der solaren Wasserstofferzeugung mit kosteneffizienten, stabilen Metalloxiden. Zur Herstellung von großflächigen Photoelektroden wird das innovative Verfahren Aerosol-Kaltgasspritzen erprobt. Dabei wird ein idealer Bindungsmechanismus des Katalysators zum Substrat realisiert. Um eine hohe Effizienz zu erzielen, wird die Oberfläche der Elektroden strukturiert. Hierfür werden Modellsysteme geschaffen, mit denen die Wechselwirkung der Geometrie, Aktivität und Wasserproduktionsrate untersucht werden kann. Die Nachwuchsgruppe setzt sich in der ersten Antragsphase aus zwei Post-Docs und eine(m) Doktorand(in) zusammen. Das HZG beantragt eine Stelle für eine(n) Post-Doc, der am TMF in Berkeley Modellsysteme über Nanoimprinting herstellt. Der/die Post-Doc und der/die Doktorand(in), angestellt an der HSU, bauen eine Aerosol-Kaltgasspritzanlage auf Die Ergebnisse aus den grundlegenden Untersuchungen fließen in die Entwicklung der Beschichtung der Katalysatoren so dass gezielt effiziente Strukturen präpariert werden. Die Beschichtung erfolgt auch auf Metallschäumen, die am HZG entwickelt werden. Physikalisch-chemische Analysemethoden sowie weitergehende Experimente am HZB werden zur Charakterisierung der Schichten genutzt, In der zweiten Antragsphase werden zwei Doktoranden(innen) von der HSU den Prototypen konzipieren. Während ein Post-Doc die entsprechende Messtechnik am HZG aufbaut.
Das Projekt "Teilvorhaben HSU: 'Innovative Verfahren zum Up-Scale von strukturierten Photoelektroden'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmut-Schmidt-Universität, Universität der Bundeswehr Hamburg, Institut für Werkstofftechnik, Juniorprofessur Funktionale Materialien durchgeführt. Um eine photoelektrochemische Zelle (PEC) mit stabilen Materialien/Komponenten und konkurrenzfähigen Wasserstoffgestehungskosten zu entwickeln, werden in diesem Projektvorhaben Verfahren für die Herstellung von großflächig strukturierten Photoelektroden entwickelt. Dafür soll die Oberfläche der Photoelektrokatalysatoren gezielt für ein optimiertes Licht- und Gasmanagement sowie eine hohe katalytische Oberfläche eingestellt werden. In dem hier beschriebenen Projektvorhaben soll das Aerosol-Kaltgasspritzen zur Herstellung von Photoelektroden etabliert werden. Die in dem Projekt gewonnenen Erkenntnisse aus der Korrelation zwischen dem einzigartigen Bindemechanismus der Partikel am Substrat - erzeugt aus dem Kaltgasspritzen - und deren photoelektrochemische Aktivität sollen Wege ebnen, neuentwickelte katalytisch aktive Materialien (vor allem Pulver) technologisch schnell in eine Photoelektrode zu transferieren. Ziele: Identifizierung der kritischen Parameter im Aerosol-Kaltgasspritzprozess zur Optimierung der Kopplung zwischen Halbleiter (a-Fe2O3, BiVO4) und Substrat, Erkenntnisgewinn über die Wechselwirkung zwischen der Oberflächenstruktur, Photoaktivität und Wasserstoffproduktionsrate an Modellsystemen, Herstellung von nanostrukturierten Metalloxid-basierten Photoelektroden mit eingestellten Geometrien via Aerosol-Kaltgasspritzen im Labortechnischen Maßstab, Systemintegration 1) Entwicklung des Kaltgasspritzens zur Herstellung von Photoelektroden 2) Untersuchung der Geometrie der Photoelektroden auf die photoelektrochemische Aktivität 3) Hierarchisch-poröse Photoelektroden 4) Aerosol-Kaltgasspritzen 5) Großflächige Herstellung 6) Prototypherstellung Die erarbeiteten Erkenntnisse werden durch Veröffentlichungen in Fachzeitschriften und Konferenzen sowie in einem Workshop fachlich interessierten Kreisen zugänglich gemacht. Die Entwicklung dieser Methode sichert die Technologieführerschaft in Deutschland und soll die Grundlage für Industriekooperationen bilden.