Eingefangenes sichtbares Licht reinigt Wasser

Die durch Sonnenlicht ausgelöste Photokatalyse ist eine potenzielle Methode zur Gewinnung sauberen Wassers aus Abwässern. Das Absorptionsspektrum der meisten verwendeten Halbleitermaterialien liegt typischerweise jedoch im ultravioletten (UV) Bereich. Ein weiteres Hindernis ist deren geringe Photoeffizienz.

Im Rahmen des NANOHAP-Projekts zielten Wissenschaftler darauf ab, durch die Entwicklung dünner Folienmaterialien mit Energielücken im sichtbaren Spektrum sowie einer effizienten Ladungsübertragung diese Hindernisse zu überwinden. Aus diesem Grund stand eine Modifikation der TiO2-Oberfläche mit Edelmetallen oder Übergangsmetallen zur Verbesserung der Photoeffizienz im Fokus.

Die Wissenschaftler wandten eine Magnetron-Sputter-Quelle an, um die dünnen, photokatalytischen TiO2-Folien zu präparieren, die als Substrate für die Beschichtung weiterer Metall-Nanopartikel verwendet wurden. Hierzu zählten Silber, Kupfer und Platin, die durch Gas-Sputtering (Gas Flow Sputtering, GFS) behandelt wurden. Im Fokus stand die Beschaffenheit des Glassubstrats, die Sputtering-Dauer sowie die Prozessparameter, mit denen die optimale photokatalytische Eigenschaft jedes Nanopartikels erreicht werden konnte.

Verschiedene Mikroskopie- und Spektroskopieverfahren wurden angewandt, um die Morphologie der Metall-Nanopartikel zu untersuchen und um die Partikelanzahl sowie den Metall-Oxidationszustand zu quantifizieren. Um die photokatalytische TiO2-Aktivität zu bewerten, führte das Team Tests durch, die auf molekularen Zersetzungsverfahren basierten. Zusätzlich wurden die photoinduzierten Eigenschaften durch Messung der Wasserberührungswinkel bei der UV-Bestrahlung analysiert.

Es wurde festgestellt, dass der Typ des als Substrat verwendeten Glases großen Einfluss auf die photokatalytische Aktivität des getesteten Materials hatte, wobei Schwimmglas die höchste Effizienz aufwies. Die Wissenschaftler verwendeten Glassubstrate, die mit dem TiO2-Halbleiter bedeckt waren und eine Schichtdicke von etwa 500 nm aufwiesen. Es wurde festgestellt, dass Platin im Vergleich zu den anderen Stoffen die photokatalytische Halbleiteraktivität deutlich erhöhte.

Die im Zuge des NANOHAP-Projekts entwickelte neuartige GFS-Technik zur Deposition modifizierter, dünner TiO2-Folien sollen die Erzielung hochgradig photoaktiver und großflächiger Beschichtungen zur Reinigung wässriger Lösungen ermöglichen. Als weiterer Anwendungsbereich kommt eine Verwendung im Zusammenhang mit selbst reinigenden Oberflächen in Frage.