Einfluss eines druckinduzierten piezoelektrischen Feldes auf die Rekombinationseigenschaften photokatalytisch wirksamer Nanopartikel

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank. A. Müller; Professor Dr. Carsten Ronning
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 249762625

Eine Voraussetzung für die Photokatalyse an Halbleitermaterialien ist die Anregung freier Elektronen und Löcher durch die Absorption geeigneter Lichtquanten. Die erzeugten Elektronen-Loch-Paare können an der Halbleiteroberfläche zur Bildung von Hydroxylradikalen beitragen, welche bei sogenannten advanced oxidation processes (AOP) für chemische Reaktionen z.B. zur Luft- und Wasserreinigung verwendet werden. Mit der Photokatalyse lassen sich auf diese Weise Schadstoffe beseitigen, die mit konventionellen Methoden weder herausgefiltert noch biologisch abgebaut werden können. Die Effizienz solcher Photokatalysatoren lässt sich durch die Verwendung nanoskaliger Halbleiterpartikel, die insbesondere durch ihre große spezifische Oberfläche charakterisiert sind, erhöhen. Dieser Effizienzsteigerung stehen jedoch die Rekombinationsprozesse der Elektronen-Loch-Paare gegenüber, da für deren Trennung im Inneren der Partikel keine natürliche Triebkraft existiert. Eine Unterdrückung dieser Rekombinationsprozesse stellt somit einen vielversprechenden Ansatz dar, Photokatalysatoren mit deutlich verbesserter Effizienz herzustellen. Folglich können kostengünstigere und umweltfreundlichere Bauweisen realisiert werden, die auf die Verwendung zusätzlicher umweltschädlicher Chemikalien bei der Wasseraufbereitung verzichten. Der Ansatz des beantragten Forschungsprojektes ist es daher, auf photokatalytisch wirksame, piezoelektrische Nanopartikel (z.B. ZnO, CdS) von außen eine definierte Triebkraft aufzuprägen, die im Inneren der Nanopartikel ein elektrisches Feld induziert. Dieses elektrische Feld trennt die Elektronen und Löcher nicht nur räumlich, sondern transportiert sie vom Inneren an gegen-überliegenden Oberflächenbereiche, wo sie für photokatalytische Prozesse zur Verfügung stehen. Neben der Senkung der Rekombinationswahrscheinlichkeit und der erhöhten katalytischen Wirkung wird durch die räumliche Trennung auch die chemische Rückreaktion der Edukte signifikant gehemmt. Diese Effekte sollen durch eine druckabhängige Photolumineszenz (Rekombination) sowie photokatalytische Aktivität nachgewiesen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen