Sonnenenergie ist eine schier unerschöpfliche Energiequelle, die nicht nur zur
Erzeugung elektrischer Energie (Solarzellen) angezapft werden kann. Umgewandelt
in chemische Energie kann sie beispielsweise genutzt werden, um Schadstoffe
abzubauen. Forscher von der Universität Erlangen-Nürnberg haben jetzt einen
neuen Halbleiter-Photokatalysator auf Titandioxid-Basis entwickelt, der einen
breiteren Anteil des Sonnenlichts nutzen kann und damit effektiver arbeitet als
bisherige.
Bei der Halbleiter-Photokatalyse entstehen durch die absorbierte Lichtenergie
Ladungsträger an der Oberfläche des Halbleiters - Elektronen oder "Löcher", d.h.
Stellen, an denen ein Elektron fehlt und die als positive Ladungsträger
betrachtet werden können. Diese gilt es einzufangen und z.B. für den
Elektronentransfer von oder auf Schadstoffmoleküle zu nutzen. Auf diese Weise
werden Abbaureaktionen initiiert.
Titandioxid hat sich bereits als Photokatalysator bewährt, etwa in
selbstreinigenden
Farben. Titandioxid kann jedoch nur den UV-Anteil des
Sonnenlichts nutzen, der gerade einmal zwei bis drei Prozent ausmacht.
Horst Kisch und Shanmugasundaram Sakthivel wollten Titandioxid auch für den
weitaus größeren, sichtbaren Lichtanteil sensibilisieren. Dazu dotierten sie das
Material mit Fremdatomen. Studien mit Stickstoff-dotiertem Titandioxid zeigten
erste Erfolge. Das Material wird durch
Hydrolyse von Titantetrachlorid mit
organischen Stickstoffbasen hergestellt. Abschließend muss auf 400 °C erhitzt
werden. Wie die Forscher feststellten, führt zu langes Erhitzen zu einem
Titandioxid-Material, das gar keinen
Stickstoff enthält, sondern
Kohlenstoff -
und viel besser ist: Unter künstlichem sichtbaren Licht bauen die
Kohlenstoff-dotierten Katalysatoren beispielsweise Chlorphenol fünfmal
effektiver ab als die Stickstoff-dotierten Präparate.
Die neue Herstellmethode für Kohlenstoff-dotierte Titandioxide ist einfach,
ausgezeichnet reproduzierbar und breiter anwendbar als die klassische Oxidation
von Titanblech in der Naturgasflamme. Zudem entsteht dabei ein Titandioxid mit
einer anderen Kristallstruktur und damit einem anderen Eigenschaftsspektrum als
beim Klassiker.
"Unsere neuen Photokatalysatoren sind leistungsstark," sagt Kisch, "selbst im
diffusen Tageslicht von Innenräumen bauen sie gelöste Schadstoffe wie
Chlorphenol und Azofarbstoffe sowie gasförmige Schadstoffe wie Acetaldehyd,
Benzol und
Kohlenmonoxid problemlos ab."