1. www.gnf-berlin.de
Dr. V. Scherf
Berlin, 19.02.2015
Mitglied im:
Photoinduzierte Reaktionen
an TiO2-Partikeln
Elementarprozesse, Mechanismus und Anwendungen

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. 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

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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. 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

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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

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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/

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Danke!
Dr. V. Scherf
Berlin, 19.02.2015