Photokatalytische Selbstreinigung

Photokatalytische Selbstreinigung bezeichnet die Eigenschaft von Oberflächen, die mit Nanopartikeln aus Titandioxid (TiO₂) beschichtet wurden. Durch Bestrahlung mit (Sonnen)-Licht werden organische Materialien auf der Oberfläche zersetzt. Die Oberflächen bleiben sauber, weiters wirkt eine solche Beschichtung antimikrobiell. Bei manchen dieser Oberflächen bildet Wasser keine Tröpfchen sondern eine dünne Schicht, sodass mit dem Auge kein Beschlagen dieser Oberflächen zu erkennen ist ("superhydrophile Oberfläche").

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Wirkungsweise

Grundlage des Verfahrens ist die Photokatalyse. Titandioxid (TiO₂) ist ein Halbleiter; Licht erzeugt darin Elektron-Loch-Paare, wenn die Energie der Photonen größer als die Bandlücke E_g ist (innerer photoelektrischer Effekt). Die Elektronen oder Löcher können im Titandioxid an die Oberfläche diffundieren und erzeugen dort Radikale, die zur Zersetzung organischer Substanzen führen. Insbesondere die Löcher haben eine hohe oxidative Wirkung; aus Wasser werden OH-Radikale gebildet. Organische Substanzen werden dadurch zersetzt; Endprodukte sind in vielen Fällen CO₂ und Wasser.

Die Bandlücke E_g ist bei Anatas, der für Photokatalyse effizientesten Form von TiO₂ 3.2 eV (bei der weniger effizienten Kristallstruktur Rutil ca. 3.0 eV). Da diese Energie einer Licht-Wellenlänge von ca. 390 nm entspricht, ist also nur ultraviolettes Licht wirksam. Da der UV-Bereich nur einen geringen Teil des Sonnenlichts ausmacht, gibt es Bestrebungen, die Bandlücke von Anatas durch Dotieren zu verringern und so einen größeren Bereich des Spektrums auszunutzen.

Die super-hydrophilen Eigenschaften der Oberflächen kommen durch Sauerstoff-Leerstellen an der TiO₂-Oberfläche zustande. An diesen Stellen werden OH-Gruppen gebunden, die zur guten Benetzung mit Wasser führen.

Anwendungen

Photokatalytisch selbstreinigende Oberflächen werden in Japan bereits seit einigen Jahren industriell gefertigt. Eines der Hauptanwendungsgebiete sind Rückspiegel für Kraftfahrzeuge; es werden aber auch selbstreinigende bzw. antimikrobiell wirkende Kacheln sowie photokatalytische Dispersionsfarben hergestellt.