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  1. 1. www.gnf-berlin.de Dr. V. Scherf Berlin, 19.02.2015 Mitglied im: Photoinduzierte Reaktionen an TiO2-Partikeln Elementarprozesse, Mechanismus und Anwendungen
  2. 2. www.gnf-berlin.de Elektronische Anregung Linsebigler et al., Chem. Rev. 1995, 95, 735-758 • Photonabsorption: TiO2+hν( λ≤387 nm)→e LB − +hVB + • Rekombinationen (R): Oberflächenrekombination (A) Volumenrekombination (B) • Ladungstransfer (LT): Elektronentransfer (C) Lochtransfer (D) • Katalysatoreffizienz: Definiert durch Quantenausbeute, ɸ φ ∝ rLT rLT +rR Eg=3.2 eV Dr. V. Scherf Berlin, 19.02.2015
  3. 3. www.gnf-berlin.de Ladungseinfang (Trapping) • Rekombination von Elektron-Loch-Paar muss viel langsamer als Ladungstransfer ablaufen • Einfang der Ladungen an der Oberfläche erhöht Lebensdauer des photogenerierten Elektron-Loch-Paares (wenige ns) hVB + +Ti−OH →≡Ti−OH + (htr + ) hVB + +H 2 O( ads)→ HO( ads) +R→→Oxidation eLB − +Ti IV −OH ⇔≡Ti III −OH (etr − ) eLB − +O2 ( ads)→O2( ads) − +H( aq ) + → HO2 ( aq ) eLB − +O2( ads)→O2( ads) 2− +H( aq ) + → HO( aq ) ¿ Preadsorption von O2 verlangsamt RekombinationDr. V. Scherf Berlin, 19.02.2015
  4. 4. www.gnf-berlin.de Oberflächenmodifikation Linsebigler et al., Chem. Rev. 1995, 95, 735-758 • Dotierung mit Übergangsmetallen zur Hemmung von Rekombinationsreaktionen 3d-Übergangsmetalle: Cr, Fe, Ni Edel- und Halbedelmetalle: Pt, Ag, Pd, Cu Seltenerdmetalle: Gd, Eu, Ce Halb- und Nichtmetalle: B, Si, C, N • Halbleiterverbund (größere Ladungstrennung) SiC-TiO2, CdS-TiO2, ZnO-TiO2, ZrO2-TiO2 • Kriterien für katalytische Systeme − Stabilität des Halbleiters unter Bestrahlung − Hohe Wirksamkeit − Wellenlängenempfindlichkeit (Spektralverhalten) Dr. V. Scherf Berlin, 19.02.2015
  5. 5. www.gnf-berlin.de Abbau von organischen Verunreinigungen Gd/TiO2-System Dr. V. Scherf Berlin, 19.02.2015 • Abbau von ungesättigten KW, oberflächenaktiven Stoffen (Tenside), Farbstoffen • Beispiel: Reinigungs- und Spülwasser aus dem Produktionswerk der Velind GmbH Verdünnung 1:9, UV-A-Licht, 23 W/m2 Bestrahlungszeit [min] TOC [mg/l] 0 3278 60 2456 120 1650 180 1801 240 1355
  6. 6. www.gnf-berlin.de Abbau von Farbstoff (Methylenblau) Gd/TiO2-System UV-A, 1. Ordnung PK4 PK2 HUV100 A-K-1 K7050 K7000 P25 REC k1 [×10-3 s-1 ] 2.03 0.58 0.31 0.38 0.32 0.07 0.98 0.02 VIS, 0. Ordnung k0 [×10-10 mol∙l-1 s-1 ] 8.8 4.7 1.0 4.3 3.6 5.7 5.6 0.7 Dr. V. Scherf Berlin, 19.02.2015
  7. 7. www.gnf-berlin.de Viktor Scherf Berlin, 19.02.2015 Anwendungsbeispiele • Anlagen zur Wasserreinigung; Abbau von Phenolen, chlorierten Kohlenwasserstoffen, oberflächenaktiven Stoffen (Tenside), Pestiziden, Farbstoffen • Elektrokatalyse (Direkte Oxidation, Brennstoffzellen) Linsebigler et al., Chem. Rev. 1995, 95, 735-758 • Wasserstofferzeugung (Photoelektrochemische Zelle) • Selbstreinigende Oberflächen (Superhydrophilie) http://solagreentech.com/
  8. 8. www.gnf-berlin.de Danke! Dr. V. Scherf Berlin, 19.02.2015

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