Molekulare und elektronische Aspekte photoelektrochemischer Reaktionen in Lichtumwandlungssystemen

Dieses Buch zielt auf ein umfassendes Verständnis der Funktionsweise anorganischer, elektrochemisch hergestellter Zwei-Elektroden-Tandem-Systeme zur lichtinduzierten Wasserstoffspaltung sowie auf die Hauptfaktoren, die den Herstellungsprozess kontrollieren, ab. Dazu werden grundlegende Fragen der Umwandlung von Photonenenergie in elektrische bzw. chemische Energie an anorganischen und stabilen Halbleiter-Metall-Elektrolyt- Kontakten vorgestellt und anhand von Modellexperimenten an ausgewählten Halbleitermaterialien, mit Schwerpunkt auf photokathodische Systeme für die solare Herstellung von Brennstoffen, diskutiert. Der Leser wird zunächst in die wesentlichen Aspekte der Umwandlung des Solarlichtes in chemische Energie durch eine Darstellung der Umwandlungsprinzipien eingeführt. Hier wird ein umfassender Überblick über den Forschungsstand und die Entwicklung von unterschiedlichen Systemen gegeben. Darauf folgt eine Diskussion der elektronischen und chemischen Aspekte anodischer Oxidation und der (Photo)-Elektrokristallisation von nanodimensionierten Metallinseln anhand der Untersuchung von ausgewählten Systemen mittels elektrochemischer Techniken wie Zyklovoltammetrie, elektrochemische Impedanz und Chronoamperometrie sowie Oberflächentechniken wie SEM, HRTEM, AFM und Synchrotronstrahlungs-Photoelektronenspektroskopie (SRPES). Die dadurch gewonnenen neuen Kenntnisse dienen als Grundlage für die Analyse des chemischen und elektronischen Verhaltens von elektrochemisch hergestellten anorganischen Halbleiter/Metall/Elektrolyt- Grenzflächen mit potentieller Anwendung in solaren Brennstoffherstellungssystemen. Überlegungen über die thermodynamischen, elektrodynamischen sowie auch katalytischen Aspekte der elektrolytisch dekorierten Photoabsorber werden dargestellt.