Ladungstrennung an Titandioxid-Nanokristallen

Die Suche nach erneuerbaren und alternativen Energiequellen, sowie der katalytische Abbau von Schadstoffen in Luft und Abwässern sind zwei vorrangige Probleme der aktuellen Forschung. Sie werden im Rahmen der Photoelektrochemie und Photokatalyse an Titandioxid (TiO2) Oberflächen behandelt. TiO2 Elektroden können zum Beispiel zur Elektrizitätsgewinnung durch Licht bzw. für elektrolytische Zellen zur Wasserstoffherstellung eingesetzt werden. Eine Vielzahl an verschiedenen TiO2 Beschichtungen finden kommerziell bereits photokatalytische Anwendung. Von entscheidender Bedeutung ist bei all diesen Produkten die Beschaffenheit der Oberfläche, da auf dieser nicht zuletzt auch die der Nutzung abträgliche Rekombination von Ladungsträgern stattfindet. Zur Zeit ist jedoch wenig über die Art und Ort der Unterbringung dieser Zentren auf der Oberfläche bekannt. Das hier vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, bestimmte Oberflächenstrukturen als Zentren für den Einfang von durch Licht erzeugten Ladungsträgern beziehungsweise deren Rekombination zu identifizieren. Dazu werden TiO2 Nanokristalle von einheitlicher Gestalt und Größe durch moderne naßchemische Methoden erzeugt und durch Hochauflösungs-Elektronenmikroskopie charakterisiert. An besonders characteristischen Proben werden dann molekülspektroskopische Untersuchungen zu Licht-induzierten Ladungstransfer-Prozessen durchgeführt. Elektronen Paramagnetische Resonanz Spektroskopie wir hierbei zur Detektion lokalisierter und eingefangener Ladungen eingesetzt, wohingegen mit der Infrarot-Spektroskopie freie Elektronen im Leitfähigkeitsband nachgewiesen werden. Durch ergänzende Photolumineszenz-Messungen soll Information zu der unter Lichtemission erfolgende Rekombination von Ladungsträgern erbracht werden. Dieser Forschungsansatz kombiniert die Synthese und Charakterisierung von nanokristallinen TiO2 von definierter Gestalt und damit feststellbarer Oberflächenstruktur mit spektroskopischen Untersuchungen, die zur Klärung der Oberflächenreaktivität beitragen sollen. Nur das Verständnis, wie die Morphologie der Kristallite und die damit verbundene Oberflächenstruktur Licht-induzierte Ladungstrennungs-Phänomene und darauffolgende Oberflächenprozesse bestimmt, ist die Basis für die Weiterentwicklung nanostrukturierter Oberflächen mit hoher photochemischer Wirksamkeit.

Die Suche nach erneuerbaren und alternativen Energiequellen, sowie der katalytische Abbau von Schadstoffen in Luft und Abwässern sind zwei vorrangige Probleme der aktuellen Forschung. Sie werden im Rahmen der Photoelektrochemie und Photokatalyse an Titandioxid (TiO2) Oberflächen behandelt. TiO2 Elektroden können zum Beispiel zur Elektrizitätsgewinnung durch Licht bzw. für elektrolytische Zellen zur Wasserstoffherstellung eingesetzt werden. Eine Vielzahl an verschiedenen TiO2 Beschichtungen finden kommerziell bereits photokatalytische Anwendung. Von entscheidender Bedeutung ist bei all diesen Produkten die Beschaffenheit der Oberfläche, da auf dieser nicht zuletzt auch die der Nutzung abträgliche Rekombination von Ladungsträgern stattfindet. Zur Zeit ist jedoch wenig über die Art und Ort der Unterbringung dieser Zentren auf der Oberfläche bekannt. Das hier vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, bestimmte Oberflächenstrukturen als Zentren für den Einfang von durch Licht erzeugten Ladungsträgern beziehungsweise deren Rekombination zu identifizieren. Dazu werden TiO2 Nanokristalle von einheitlicher Gestalt und Größe durch moderne naßchemische Methoden erzeugt und durch Hochauflösungs-Elektronenmikroskopie charakterisiert. An besonders characteristischen Proben werden dann molekülspektroskopische Untersuchungen zu Licht-induzierten Ladungstransfer-Prozessen durchgeführt. Elektronen Paramagnetische Resonanz Spektroskopie wir hierbei zur Detektion lokalisierter und eingefangener Ladungen eingesetzt, wohingegen mit der Infrarot-Spektroskopie freie Elektronen im Leitfähigkeitsband nachgewiesen werden. Durch ergänzende Photolumineszenz-Messungen soll Information zu der unter Lichtemission erfolgende Rekombination von Ladungsträgern erbracht werden. Dieser Forschungsansatz kombiniert die Synthese und Charakterisierung von nanokristallinen TiO2 von definierter Gestalt und damit feststellbarer Oberflächenstruktur mit spektroskopischen Untersuchungen, die zur Klärung der Oberflächenreaktivität beitragen sollen. Nur das Verständnis, wie die Morphologie der Kristallite und die damit verbundene Oberflächenstruktur Licht-induzierte Ladungstrennungs-Phänomene und darauffolgende Oberflächenprozesse bestimmt, ist die Basis für die Weiterentwicklung nanostrukturierter Oberflächen mit hoher photochemischer Wirksamkeit.