Kombinatorische Entdeckung neuer Photokatalysatoren zur Wasseraufbereitung mit sichtbarem Licht
✍ Scribed by Christian Lettmann; Heike Hinrichs; Wilhelm F. Maier
- Book ID
- 101369010
- Publisher
- John Wiley and Sons
- Year
- 2001
- Tongue
- English
- Weight
- 266 KB
- Volume
- 113
- Category
- Article
- ISSN
- 0044-8249
No coin nor oath required. For personal study only.
✦ Synopsis
Der photokatalysierte Abbau von Schadstoffen in Luft und
Wasser gehört zu den vielversprechendsten umweltfreundlichen Verfahren. Die Bestrahlung eines Halbleiteroxids (HLO) mit Licht, dessen Energie gleich oder gröûer der Bandlückenenergie des HLO ist, führt zur Bildung von Elektronen-Loch-Paaren, welche nachfolgend Redoxreaktionen an der HLO-Oberfläche initiieren. Diese heterogene Photokatalyse stellt eine umweltfreundliche und viel versprechende Methode zur Entgiftung von Wasser und Luft mit Tageslicht dar. Organische Schadstoffe werden zu CO 2 , H 2 O und Mineralsäuren umgewandelt. In neueren Übersichtsartikeln werden die diesem Prozess zu Grunde liegenden Mechanismen sowie der aktuelle Stand der Forschung zusammengefasst. [1,2] Seit vielen Jahren konzentriert sich die Forschung auf TiO 2 , vorzugsweise Anatas, welches photostabil, nicht toxisch, preiswert und aktiv ist. Aufgrund seiner groûen Bandlücke von 3.2 eV ist aber UV-Licht (l 400 nm) zur Erzeugung der Elektronen-Loch-Paare notwendig. Dies ist ein groûer Nachteil für eine effiziente, solar getriebene Wasserentgiftung, denn nur 3 % des Sonnenlichts liegt bei Wellenlängen 400 nm.
Kürzlich entdeckten wir, dass in Sol-Gel-basiertem TiO 2 eine Reihe von Dotierungssubstanzen, wie Pt, Ir und sogar während der Calcinierung gebildete Kohlenstoffreste, zu einer photokatalytischen Aktivität mit sichtbarem Licht führen. [3,6,7,12] Diese Entdeckungen überzeugten uns, dass es möglicherweise mehr photokatalytisch aktive Materialien als derzeit bekannt gibt. Daher entwickelten wir ein kombinatorisches Hochdurchsatzverfahren, um effektiver nach viel versprechenden Materialien mit neuen Zusammensetzungen zu suchen. In den vergangenen Jahren wurde das enorme Potential kombinatorischer Ansätze und Hochdurchsatzmethoden in der Material-und Katalysatorentwicklung bereits vielfach aufgezeigt. [4] Trotzdem gibt es bis heute nur wenige Beispiele dafür, dass entsprechende Methoden zu neuen, verbesserten Materialien geführt haben.
Das Ziel unserer Arbeit war die Entwicklung eines zuverlässigen Hochdurchsatzverfahrens zur effizienteren Entdeckung neuer Photokatalysatoren, die in der Lage sind, mit sichtbarem Licht (l b 400 nm) Schadstoffe photokatalytisch abzubauen. Aufgrund der bereits bekannten photokatalytischen Eigenschaften von dotierten Titanoxiden wurden diese als Referenzmaterialien in der Entwicklung des Verfahrens ausgewählt. Über die photokatalytischen Eigenschaften von dotiertem WO 3 und SnO 2 mit sichtbarem Licht ist nahezu nichts bekannt. Diese Oxide bilden daher die Basis der Bibliotheken.
Das gewählte Bibliotheks-Design bestand aus 45 transparenten HPLC-Fläschchen (2 mL), die in einem adressierbaren Block in neun Reihen und fünf Spalten angeordnet waren (Abbildung 1, C). Die potentiellen Katalysatoren wurden direkt in den HPLC-Fläschchen mit Hilfe eines Syntheseroboters (Tecan Miniprep 50) synthetisiert. Grund-