Neue Materialien verbessern Wasserqualität
Das Projekt PHOTOMAT (Tunable materials: Preparation, characterization and investigation of photocatalytic activity of new hybrid materials) hat neue Materialien mit einstellbaren Eigenschaften entwickelt, bei denen gute mechanische Eigenschaften mit photokatalytischer Aktivität kombiniert sind. Fortschrittliche Materialien wurden synthetisiert, charakterisiert und in Bezug auf ihre photokatalytische Wirksamkeit bei der Verringerung von Schadstoffen wie etwa Pestiziden hin bewertet. Die Wissenschaftler entwickelten hochwertige Kohlenstoffnanopartikel (Carbon Nanoparticle, CNP) zur Herstellung von Polymernanokompositen. Die Kohlenstoffnanopartikel haben die Form von Kohlenstoffnanoröhren (Carbon Nanotube, CNT) und funktionalisierten Graphenschichten. Die Kohlenstoffnanoröhren wurden unter Einsatz der chemischen Gasphasenabscheidung gezüchtet, wohingegen man funktionalisierte Graphenschichten durch die schnelle thermische Ausdehnung von Graphitoxid synthetisierte. Die Materialien wurden dann unter Einsatz kontrollierter Oxidations- und Diazoniumchemie oberflächenmodifiziert. Die Oberflächenmodifizierung von Kohlenstoffnanoröhren gestattete die lokale Steuerung der Synthese von Titandioxidnanopartikeln (TiO2) auf Graphenschichten. Mit Hilfe der Veränderung funktioneller Gruppen an der Oberfläche synthetisierten die Forscher Nanopartikel mit unterschiedlicher Morphologie, wobei verschiedene Facetten zum Vorschein kamen. Man stellte fest, dass die Fähigkeit, die TiO2-Morphologie und dessen Kopplung an Graphen zu steuern, starken Einfluss auf die photokatalytische Aktivität des Hybridmaterials ausübt. Mit Carboxylgruppen funktionalisierte Graphene erwiesen sich als geeigneter Kandidat, um die Aminogruppen zu Proteinen zu binden. Über ein erstes erfolgreiches Beispiel wurde berichtet. Hier wurde dieses Hybridmaterial als ein Substrat für ein homogenes Multi-Analyt-Immunoassay eingesetzt. Eine weitere Aufgabe bestand in der Herstellung von Halbleiteroxiden und deren Dotierung mit nichtmetallischen Elementen. Verschiedene Verfahren wurden eingesetzt, um Materialien mit unterschiedlicher Morphologie und großer Oberfläche zu erhalten, wobei hydrothermale und Ausfällungsmethoden am vielversprechendsten sind. Cerdotiertes Zinkoxid wies außergewöhnliche Fähigkeiten als Photokatalysator und bei der Schadstoffzurückhaltung auf. Wissenschaftler kombinierten Kohlenstoffnanoröhren, funktionalisiertes Graphen und die Halbleiternanopartikel in UV-gehärteten Polymerfilmen. Gehärtete Schichten mit verteilten Kohlenstofffüllstoffen erwiesen sich als gute Fotokatalysatoren sowie mit Gold funktionalisiertes Graphen enthaltende vernetzte Schichten demonstrierten eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit. Die Wissenschaftler erkundeten verschiedene Routen zur Realisierung selbsttragender Komposite, in denen Materialien dispergiert werden können. Im Einzelnen verwendeten sie Elektroverspinnen, Graphengerüste, wärmeleitende Komposite und polydopaminfunktionalisierten Membranen. Aus nanoskopischen Fasern hergestellte elektrogesponnene Materialien können zur Realisierung von Schichten mit sehr großer Oberfläche und daher einem ausgezeichneten photokatalytischen Wirkungsgrad hinführen. Mit Polydopamin funktionalisierte Membranen wiesen eine außergewöhnliche Leistungsfähigkeit bei der Entfernung von Farbstoffen aus Abwässern auf. Die neuartigen Nanomaterialien von PHOTOMAT dürften einen beträchtlichen Einfluss im Zusammenhang mit der photokatalytischen Aufschlüsselung von Wasserschadstoffen ausüben, wodurch zukünftig die öffentliche Gesundheit in Europa geschützt wird.
Schlüsselbegriffe
Hybridmaterialien, Wasserschadstoffe, wassergefährdende Stoffe, PHOTOMAT, photokatalytische Aktivität, Kohlenstoffnanoröhren, Graphen, dotiertes Zinkoxid
