Photokatalysatoren zur Wassersanierung und -spaltung bekommen verbesserten Wirkungsgrad
Photokatalyse, die photoinduzierte Katalyse einer chemischen Reaktion, hat im Zusammenhang mit Anwendungen in der Umweltsanierung und im Sektor der erneuerbaren Energien zunehmend Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Metalloxidnanopartikel gehören aufgrund ihrer Eigenschaften und ihrer Kosteneffektivität zu den vielversprechendsten Photokatalysatormaterialien. Um das Potenzial derartiger Nanomaterialien in vollem Umfang auszuschöpfen, führte das von der EU finanzierte Projekt www.polito.it/phocscleen (PHOCSCLEEN) (Photocatalytic systems for clean energy and environment applications) einen internationalen Austausch von Forschungspersonal zwischen kanadischen, europäischen und mexikanischen Partnern durch. Die Teammitglieder arbeiteten zusammen, um neue photokatalytische Materialien zu entwickeln und zu erproben. Zielsetzung von PHOCSCLEEN war die Entwicklung verbesserter photokatalytischer Materialien und Strukturen mit höheren Wirkungsgraden, die ein breiteres Spektrum des Sonnenlichts ausnutzen. Im Speziellen befasste sich das Projekt mit zwei Erfordernissen, die ausschlaggebende Bedeutung für eine nachhaltige Entwicklung haben. Einerseits enden Jahr für Jahr riesige Mengen von Farbstoffen in der Wasserversorgung, wo sie zu Umweltverschmutzung und Gesundheitsgefahren führen. Andererseits wird die Erzeugung von Wasserstoff durch Wasserspaltung die Notwendigkeit fossiler Brennstoffe reduzieren und im Endeffekt beseitigen. Das PHOCSCLEEN-Team entwickelte photokatalytische Nano- und Mikrostrukturen auf Basis von Bismut (Wismut), die unter Sonnenlicht Farbstoffe schneller entfärben und Phenole schneller abbauen als konventionelle Titanoxidnanopartikel. Zudem sind neue Oxid-Oxid-Komposite erzeugt worden, die das Spektrum des Sonnenlichts besser ausnutzen, was zu einem verbesserten Photokatalysewirkungsgrad führt. Ein spezielles nanostrukturiertes Oxid erwies sich bei der Aufspaltung von Wasser in Gegenwart von sowohl Sonnenlicht als auch ultraviolettem Licht als sehr wirkungsvoll. Mit anderen Worten: Hier bietet sich die Möglichkeit des Betriebs auch ohne speziell dafür vorgesehene künstliche Einspeisung, d. h. ohne energieverbrauchende Lichtquelle. Mit zusätzlichen Verbesserungen am photokatalytischen Reaktor konnte die Geschwindigkeit der Wassermolekülspaltung weiter erhöht werden. Die Haupterrungenschaften des Projekts in Sachen Verbesserung des Photokatalysewirkungsgrads mittels Oxidnanomaterialien auf Bismutbasis wurden in 12 wissenschaftlichen Arbeiten vorgestellt, die in von Experten begutachteten Fachzeitschriften veröffentlicht wurden. Weitere Artikel sind derzeit in Vorbereitung.
Schlüsselbegriffe
Photokatalysatoren, Abwassersanierung, Wasserstofferzeugung, Metalloxidnanopartikel, PHOCSCLEEN
