Sonochemie für hocheffiziente Solarzellen
Im Rahmen des Projektes SONO ENGINEERING (Electronic structures sono-engineering of semiconductor nanoparticles for efficient solar energy exploitation) experimentierten Forscher mit Ultraschall als Wärmebehandlungstechnik, um die elektronischen Strukturen von kolloidalen Halbleiter-Nanopartikeln effektiv zu gestalten. Der Schwerpunkt lag insbesondere auf der sonochemischen Synthese von Nanopartikeln. Die Sonochemie verwendet hochfrequente Schallwellen für chemische Prozesse und der Mechanismus, der sonochemische Effekte in Flüssigkeiten verursacht, basiert auf dem Phänomen der Kavitation. Mit dieser Technik untersuchten die Wissenschaftler die Physik von akustischen Blasen und vor allem die Energiefreisetzung während des Blasenkollapses. Der erste Ansatz beschallte hydrophile Nanopartikel direkt in einer Ölphase, um kleine Nanopartikel unter 100 nm zu entwickeln. Eine andere Methode bestand darin, Zinkoxid-Nanopartikel durch Co-Polymere zu modifizieren und sie auf die Oberfläche von Kavitationsblasen zu ziehen. Schließlich führte das Team entgegengesetzt geladene Tenside ein, um die Nanopartikel hydrophob zu machen. Die Wissenschaftler experimentierten auch mit Schall abgebenden Kohlenstoffnitrid-Nanostäben für die photo-elektrochemische Wasserspaltung. Obwohl die Ultraschallbehandlung bewiesen hat, dass sie deren elektronische Struktur beeinflussen kann, wurde festgestellt, dass die entwickelten Nanostäbe eine schwache Photoaktivität aufweisen. Das Team modifizierte die Synthesetechnik von graphitischen Kohlenstoffnitridfilmen, die als Elektrodenmaterialien zur Erhöhung der Leitfähigkeit verwendet werden. Durch die Nutzung der starken Affinität des graphitischen Kohlenstoffnitridfilms auf das fluordotierte Zinnoxid-Glassubstrat erreichte das Projektteam den höchsten Wert von Photostromdichte für photo-elektrochemische Geräte auf Basis dieses Elektrodenmaterials. SONO ENGINEERING gelang es, Schnittstellen von Kavitationsblasen für die Synthese von verschiedenen Nanomaterialien von Nanopartikeln bis hin zu nanometrischen Kapseln zu nutzen. Sie synthetisierten auch poröse Proteinkapseln an den Kavitationsschnittstellen durch Sonochemie. Weitere Untersuchungen zeigten, dass die Protein-Porengrößen durch Einsetzen von Kapseln in verschiedene pH-Umgebungen einstellbar sind, was auf ihr Potenzial in der Arzneimittelbeladung und -freisetzung deutet.
Schlüsselbegriffe
Sonochemie, Solarzellen, Halbleiter-Nanopartikel, SONO ENGINEERING, Ultraschall, Kavitation
