Anionic Disorder and Its Impact on the Surface Electronic Structure of Oxynitride Photoactive Semiconductors
The conversion of solar energy into chemical energy, stored in the form of hydrogen, bears enormous potential as a sustainable fuel for powering emerging technologies. Photoactive oxynitrides are promising materials for splitting water into molecular oxygen and hydrogen. However, one of the issues limiting widespread commercial use of oxynitrides is degradation during operation. While recent studies have shown the loss of nitrogen, its relation to reduced efficiency has not been directly and systematically addressed with experiments. In this study, we demonstrate the impact of the anionic stoichiometry of BaTaOxNy on its electronic structure and functional properties. Through experimental ion scattering, electron microscopy, and photoelectron spectroscopy investigations, we determine the anionic composition ranging from the bulk toward the surface of BaTaOxNy thin films. This further serves as input for band structure computations modeling the substitutional disorder of the anion sites. Combining our experimental and computational approaches, we reveal the depth-dependent elemental composition of oxynitride films, resulting in downward band bending and the loss of semiconducting character toward the surface. Extending beyond idealized systems, we demonstrate the relation between the electronic properties of real oxynitride photoanodes and their performance, providing guidelines for engineering highly efficient photoelectrodes and photocatalysts for clean hydrogen production.
Mit nachhaltigem Kerosin abheben
Weltweit arbeiten Forschende daran, neue Produktionswege für klimaneutralen
Flugtreibstoff zu finden und zu optimieren. Am PSI verfolgen sie gemeinsam
mit der Industrie einen vielversprechenden Ansatz.
Russell McKenna and Andreas Pautz on Energy Production in Switzerland
“If we exclude individual measures, it just means that we need more of the others.”
Ein komplexes Versprechen
Zur klimaneutralen Luftfahrt gehört mehr als nur die Reduktion der Emissionen beim Fliegen selbst. Eine Studie des PSI analysiert, was zum Erreichen des Fernziels nötig ist.
iLab und Synfuels an den Energy Days! im Verkehrshaus
18., 19. und 20. Oktober 2024
Das iLab vom Paul Scherrer Institut ist bei den Energy Days! mit spannenden Workshops dabei. Erfahre, wie wir durch innovative Technologien wie Power-to-Gas erneuerbare Energie speichern und die Energiewende voranbringen können.
iLab an den Energy Days! im Verkehrshaus
18., 19. und 20. Oktober 2024
Energy Days! im Verkehrshaus der Schweiz
Research on Synthetic Fuels at LEA
An overview of our research on sustainable chemical fuels.
Wo soll Wasserstoff in Zukunft produziert werden?
Forschende des PSI haben untersucht, wo der Wasserstoff für eine zukünftige Wasserstoffökonomie produziert werden sollte und welche Folgen für die Umwelt dieser Energieträger mit sich bringt.
Nachhaltiger Flugtreibstoff vom PSI-Campus
In Zusammenarbeit mit dem Klima-Start-up Metafuels entsteht auf dem PSI-Campus eine Pilotanlage zur Herstellung von nachhaltigem Flugtreibstoff.
Promotion versus Poisoning in Copper–Gallium-Based CO2-to-Methanol Hydrogenation Catalysts
Cu–Ga-based CO2-to-methanol hydrogenation catalysts display a range of catalytic performance, depending on their preparation. Here, we investigated how the Ga/Cu ratio and Ga speciation affect the catalytic activity. Using surface organometallic chemistry, we prepared a series of silica-supported 3–6 nm Cu1–xGaxOy nanoparticles with a range of xGa. The materials display a volcano-type activity behavior, where methanol formation is promoted when xGa < 0.13–0.18 and is suppressed at higher values, indicating a poisoning of the catalysts. In situ X-ray absorption spectroscopy and in situ infrared spectroscopy helped to understand the structure-activity relationship.
Wie sauber ist Wasserstoff für die Energiewende?
Wasserstoff kann für den Übergang zu einem Netto-Null-Energiesystem von entscheidender Bedeutung sein – allerdings muss er dafür richtig produziert werden.
Methan als Energiespeicher
Forschende des PSI und des Start-ups AlphaSYNT arbeiten zusammen an einer Lösung, wie effizient Energie gespeichert werden kann.
Flugzeuge nachhaltig antreiben
Fliegen ohne CO2-Fussabdruck – das PSI und die Firma Metafuels AG entwickeln eine neue Technologie zur Produktion von nachhaltigem Flugtreibstoff.
Energie-Effizienz in Zeiten einer möglichen Strom-Mangellage
Wie das PSI den eigenen Betrieb und die Grossforschungsanlagen stetig verbessert.
Vorbereiten auf Energie-Mangel und Blackout
Peter Burgherr ist Risikoforscher am PSI. Im Interview spricht er über eine mögliche Strommangellage im kommenden Winter und wie man sich darauf vorbereiten kann.
Mist und Gülle sind unternutzte Energie-Ressourcen
In Hofdünger steckt eine Menge Energie, die viel zu wenig genutzt wird. So der Tenor eines White Papers von Schweizer Bioenergieforschenden.
Aus Biomasse das Maximum an Energie herausholen
Forschende des PSI starten den Betrieb einer revolutionären Pilotanlage zur Produktion von synthetischem Biogas.
Kohlendioxid effektiv aus der Atmosphäre entfernen
Bei sorgfältiger Planung ist CO2-Abscheidung technisch effektiv möglich.
«Ohne diese Technologien erreichen wir unsere Klimaziele kaum»
Für Klimaneutralität müssen Technologien eingesetzt werden, die CO2 aus der Atmosphäre entfernen.
Grüne Treibstoffe für den Flugverkehr
In einer neuen Initiative wollen PSI und Empa gemeinsam einen Prozess entwickeln, um Kerosin aus erneuerbaren Ressourcen herzustellen.
Grundlagen für das Energiesystem von morgen
Auf dem Weg zu einem nachhaltigen Energiesystem werden Technologien immer wichtiger, die dabei helfen, Energie flexibel umzuwandeln und effizient zu speichern. ReMaP, eine neuartige Forschungsplattform, will diese drängenden Themen realitätsnah untersuchen.
Sauberes Biogas für eine erfolgreiche Energiewende
In einer Biogasanlage bei Luzern haben PSI-Forschende ihr Lager aufgeschlagen. Zwischen Wiesen und riesigen Fermentern untersuchen sie, wie sie aus dem Biogas Verunreinigungen entfernen können, um diesen Energieträger noch besser nutzbar zu machen.
Ökobilanz von Personenwagen – neues Webtool hilft Privatpersonen und Forschenden
Entscheidungshilfe beim Autokauf: Forschende des Paul Scherrer Instituts haben ein Webtool namens «Carculator» entwickelt, mit dem sich detailliert die ökologische Bilanz von Personenwagen vergleichen lässt.
Langfristige Entwicklungen von Energiepreis und -verbrauch in der Industrie
Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI haben in einem vom Schweizer Bundesamt für Energie (BFE) geförderten Forschungsprojekt untersucht, wie sich der Energieverbrauch der Schweizer Industrie in Abhängigkeit von den Energiepreisen entwickelt. Ein Resultat: Preissteigerungen bei der Energie wirken sich meist nur langfristig auf den Energieverbrauch aus.
«Schon heute ist Elektro die richtige Wahl»
Ein Interview über Fahrzeugantriebe mit Christian Bauer, Wissenschaftler am Labor für Energiesystemanalyse des PSI und spezialisiert auf Lebenszyklus- und Nachhaltigkeitsanalysen.
Vorfahrt für E-Autos
Benziner, Diesel, Brennstoffzelle oder Elektro – welches Auto hat Zukunft? Eine PSI-Studie hat die Klimabilanz verschiedener heutiger Antriebe untersucht und zudem ins Jahr 2040 projiziert.
Mit Röntgenlicht zu besseren Antrieben
Um den Strassenverkehr der Schweiz zukunftsfähig zu machen, ist vor allem Forschung gefragt. In den Grossforschungsanlagen des PSI untersuchen Chemiker und Ingenieure, wie Antriebe effizienter und abgasärmer werden.
«Das ist unglaublich ambitioniert»
Alle drei Jahre lotet der Weltenergierat in verschiedenen Szenarien mögliche Entwicklungen des globalen Energiesystems aus. Tom Kober, Leiter der PSI-Forschungsgruppe Energiewirtschaft und einer der Hauptautoren der Studie, erklärt, was die einzelnen Szenarien bedeuten und wie sich die Klimaerwärmung reduzieren liesse.
Das Energiesystem der Zukunft und Power-to-X
Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI analysieren das Potenzial von Power-to-X für die Energieversorgung der Schweiz und stellen ihre Ergebnisse in einem Weissbuch vor. Ein Resultat: Die Kosten für Energie aus Power-to-X könnten um bis zu einem Drittel fallen.
Das Energiesystem der Zukunft bereits heute möglichst real austesten
Mit dem Startschuss für das Projekt ReMaP erhalten Unternehmen eine weitere Möglichkeit schon jetzt ihre Vision für das Energiesystem der Zukunft zu testen. Die ESI-Plattform des PSI trägt dazu bei, erneuerbare Energie künftig besser und intelligenter zu nutzen.