Titaniumdioxide kan waterstofproductie aanzienlijk voordeliger maken

Waterstof maken met zonlicht klinkt eenvoudig: vang de energie van de zon en gebruik die om water in waterstof en zuurstof te splitsen. In de praktijk gaat daarbij veel energie verloren. Door titaniumdioxide- dat onder andere gebruikt wordt in zonnebrand en make-up – op nanoschaal op meerdere manieren tegelijk aan te passen, wisten onderzoekers uit China en Australië de waterstofproductie in het laboratorium met meer dan een factor tachtig te verhogen.

De onderzoekers van Zhoukou Normal University, RMIT University en Xinyang University voegden nikkelatomen toe aan het TiO₂, brachten gecontroleerd defecten in de kristalstructuur aan en vormden het materiaal om tot zeer kleine, holle nanobolletjes. Die structuur vergroot het vermogen om licht op te vangen en zorgt er tegelijkertijd voor dat de energie die door het licht wordt opgewekt langer beschikbaar blijft en efficiënter naar de plekken wordt geleid waar waterstof ontstaat.

De ingebouwde defecten beïnvloeden hoe de energie en ladingsdragers zich door het materiaal bewegen, terwijl de holle vorm meer mogelijkheden biedt om licht te absorberen. De nikkelatomen veranderen bovendien de elektronische eigenschappen van het materiaal. Samen moeten die aanpassingen ervoor zorgen dat meer van de energie uiteindelijk beschikbaar komt voor de vorming van waterstof.

Goedkoop

Een belangrijk voordeel is dat de katalysator in dit project grotendeels bestaat uit goedkope en ruim beschikbare materialen. De onderzoekers laten zo zien dat het mogelijk is om met een goedkoop materiaal als TiO₂ prestaties te bereiken die veel hoger liggen dan bij standaard-TiO₂, zonder daarvoor afhankelijk te zijn van dure metalen.

Het gebruik van titaniumdioxide is niet onomstreden. Zo werd het in 2022 verboden om het toe te passen in voedingsmiddelen en is het gebruik ervan mogelijk kankerverwekkend. Het is echter bewezen dat het niet kan worden opgenomen via de huid.