Nanopartikel mischen bei Photokatalyse mit
Die Photokatalyse hat als ein attraktives Mittel zur Förderung chemischer Umwandlungen, die im Allgemeinen mit Hilfe teurer chemischen Behandlungen durchgeführt werden, an Bedeutung gewonnen. Sie kann zur Altlastensanierung und zur Zersetzung von Schadstoffen beitragen. Interessante Anwendungen finden sich auch bei der Nachverfolgung der Synthese von Verbindungen, anstelle von deren Abbau und Zerstörung. Photokatalysatoren sind jene Substanzen, welche die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen modifizieren. Chlorophyll ist ein natürlicher Photokatalysator. Dieser grüne Farbstoff hilft den Pflanzen bei der Gewinnung von Sonnenlicht zur Umwandlung von Wasser und Kohlendioxid in Sauerstoff und Glukose. Künstlich hergestellte Photokatalysatoren, etwa Nanopartikel, setzen Licht zur Anregung von Leitungselektronen ein. Die verstärkten elektrischen Felder in unmittelbarer Nähe der Nanopartikel unterstützen die Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie. Die an dem EU-finanzierten Projekt NANOPHOCAT (Nanoparticles as photocatalysts: Understanding their interaction with light) arbeitenden Wissenschaftler konzentrierten sich auf Goldnanopartikel und sogenannte aufwärts konvertierende (upconverting) Nanopartikel. Diese Nanomaterialien haben eine größere Oberfläche pro Gewichtseinheit als größere Partikel und können daher besonders gut mit anderen Molekülen reagieren. Erster Schritt war die Bestimmung der optimalen Strategie zur Bildung von stabilen wasserdispergierbaren, aufwärts konvertierenden Nanopartikeln. Die mit verbesserten Emissionseigenschaften hergestellten Nanopartikel wurden mit verschiedenen Farbstoffen versehen, um Nanohybride zu bilden, die unter Nahinfrarotlicht Sauerstoff erzeugen. Die fertiggestellten Nanohybride haben sich als besonders effizient für die Anzeige des Krebszelltods erwiesen. Andererseits verwendeten die Wissenschaftler für die Synthese von wasserdispergierbaren Goldnanoteilchen ein neues Protokoll auf Basis von Laserablation. Diese Nanopartikel wurden in Abwesenheit von Metallkationen und metallbindenden organischen Liganden mit Cucurbituril ummantelt. Ultrareine Goldnanopartikel dienten als höchstempfindlicher Assay zur Erfassung von Krebsgeschwulstbiomarkern. Weitere Anwendungen in Sensoren und Biosensoren lassen sich absehen. Jedoch konnten die katalytischen Anwendungen bis zum Ende des NANOPHOCAT-Projekts noch nicht vollständig erforscht werden. Viel Forschungsarbeit wartet noch auf ihre Realisierung, da die Nanopartikel-Photokatalysatoren dank ihrer starken Absorption von Licht zahlreiche Anwendungen im Umweltschutz und in der Feinchemikalienverarbeitung versprechen.
Schlüsselbegriffe
Nanopartikel, Photokatalyse, Nanotechnologie, Photokatalysatoren, NANOPHOCAT
