Funktionella fosfatglaskeramer för vätgasproduktion och miljömässig koldioxid minskning Functional phosphate glass-ceramics for hydrogen production and environmental carbon dioxide mitigation Funktionella fosfatglaskeramer för vätgasproduktion och miljömässig koldioxid minskning Det globala energibehovet förväntas i stor sett fördubblas till 2050 och tredubblas till 2100. Detta på grund av en ökande världsbefolknings ökande levnadsstandardbehov. Att hålla atmosfärens koldioxidhalt (CO2) under åtminstone den dubbla förindustriella nivån och samtidigt möta de ökande energibehoven från ytterligare sex miljarder energianvändare kommer att kräva uppfinningsrikedom, utveckling och användning av kolneutral energi i en skala likvärdig med, eller större än, dagens energitillgångar från alla källor sammantagna. Vätgas, bränslet med högsta energikapaciteten per massenhet, har potential att tillhandahålla och möjligen ersätta fossila bränslen under de närmaste decennierna. För att uppnå det målet är storskalig och kostnadseffektiv framställning av vätgas med hjälp av kolfria resurser högst önskvärd. Olika metoder för att framställa vätgas har rapporterats i litteraturen. Vätgasbildning från biomassa och vattensönderdelning är för närvarande två huvudfåror i forskningen. Utgående från mekanismerna bakom fotosyntesen, har vätgasbildning från vattensönderdelning (konstgjord fotosyntes) rönt stor uppmärksamhet. Halvledande fotokatalysatorer i form av tunna lager har utvecklats för fotoelektrokemisk (FEK) vätgasproduktion. Under de senaste decennierna har många oxid-fotoelektroder, typ TiO2, WO3 och SrTiO3 studerats i detta syfte. Verkningsgraden hos FEK typer har begränsats av flera nyckelfaktorer, typ begränsad ljusabsorptions effektivitet i det önskade synliga våglängdsområdet, samt återkombinering av fotoexiterade elektroner och hål. Utvecklingen av nanomaterial har emellertid erbjudit potentiella fördelar jämfört med bulkmaterial vad gäller fotoelektroder av PEC. Nyligen har vetenskapsmän visat på den unika kapaciteten hos amorf kobolt-fosfat katalys för att oxidera vatten till O2 och underlätta möjligheten att använda vatten-sönderdelning som en solenergi- lagringsmekanism för att möjliggöra sol-till-bränsle omvandling i neutralt vatten under normala förhållanden. Detta resultat gör användning av glas och speciellt undersökning av fosfatglas och relaterade material intressantare än tidigare. Nyligen har utfällda transparenta anatas-keramer tillverkats av CaO-B2O3-Al2O3-TiO2 glas. Denna infallsvinkel är ny och lovande vad gäller solenergilagring i framtiden. Glas-keram materialen har visat spännande resultat vad gäller att splittra vatten med hjälp av solenergi. Dessa glas är dock behäftade med det allvarliga problemet att de innehåller en stor mängd giftig Bi2O3, samtidigt som de kräver hög tillverkningstemperatur. I det här projektet tänker vi utveckla miljövänliga glas-keramiska fosfatmaterial för att splittra vatten med hjälp av solenergi. Förbättringar av fotokatalytiska egenskaper kommer att uppnås genom selektiv kristallisation av nanokristalliter av TiO2, WO3, Fe2O3 och MoO3 oxider. Reaktantglasen kommer att tillverkas med olika metoder. De tillverkade glas-keramerna kommer att kunna tillverkas i den teknologiskt viktiga formen av högkvalitetsfilm. Medan det svenska teamet är specialiserade på karakterisering och design av mineral-baserade produkter, har det marockanska teamet unik kunskap i tillverkning av fosfatglas och relaterade kristallina faser. Kombination och utbyte av *know-how* mellan de båda teamen förväntas resultera i synergieffekter, förbättra formulering och utveckling av en ny typ av glas-keramer i solenergi-lagrings-system. Formulering av nya fosfatglas-keramer är av stort intresse både inom industrin och för forskarsamhället eftersom fosfatmaterial är användarvänliga och goda absorbatorer av ljus och/eller värme. Dessutom används billiga råvaror vid tillverkningen, typ apatitmineral, t.ex. billiga naturliga marockanska fosfater samt billiga syntetiska material. The goal of this project is to design and synthetize a novel class of photocatalytic materials capable of efficient solar energy storage in terms of splitting of water and/or converting carbon dioxide and water vapor into hydrocarbon fuels using sunlight. Improvements of photocatalytic properties will be accomplished by the selective crystallization of immobilized nanoparticles of photcatalysts such as TiO2, WO3, Fe2O3, and MoO3 in the phosphate glassy-matrix of AO-C2O3-TiO2-MO3-P2O5 (A=Ca, Ba, Sn, Zn; C=Al, Fe; M= Mo, W). The crystallization of catalysts will be facilitated by the application of laser heating. The structure and properties of synthesized hybrid materials will be characterized by a range of micro-analytical techniques, including, for example, micro-Raman spectroscopy and x-ray diffraction, and complemented by Monte Carlo simulations. The proposed cross-disciplinary research involves chemists and mineralogists from three universities in Morocco and Sweden. The newly developed phosphate-based glass-ceramics will be of interest for industrial and scientific communities since it will represent environmentally friendly absorbers of light and/or heat. Use of low-cost and abundant precursors such as apatite minerals and Moroccan natural phosphates for their synthesis will further increase attractiveness of these new materials.