Photokatalyse


Photokatalytische Selbstreinigung bezeichnet eine Eigenschaft von Oberflächen, die mit Photokatalysatoren, zum Beispiel Nanopartikeln aus Titandioxid (TiO2), beschichtet wurden. Durch Bestrahlung mit (Sonnen)-Licht werden organische Materialien auf der Oberfläche zersetzt. Die Oberflächen bleiben sauber und wirken antimikrobiell. Bei manchen dieser Oberflächen bildet Wasser keine Tröpfchen sondern eine dünne Schicht, sodass mit dem Auge kein Beschlagen dieser Oberflächen zu erkennen ist („superhydrophileOberfläche“).

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 Oberflächenbeschichtungen hergestellt und angewandt.


Wirkungsweise am Beispiel Titandioxid

Grundlage des Verfahrens ist die Photokatalyse.  Titandioxid (TiO2) ist ein Halbleiter; Licht erzeugt auf seiner Oberfläche Elektron-Loch-Paare, wenn die Energie der Photonen größer als die Bandlücke Eg 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 Eg ist bei Anatas, der für Photokatalyse effizientesten Form von TiO2 3.2 eV . Da diese Energie einer Licht-Wellenlänge von ca. 390 nm entspricht, ist in der unveränderten Form des TiO2 nur ultraviolettes Licht wirksam. Durch Dotierung des TiO2 ist es heute möglich die Bandlücke von Anatas deutlich zu verringern und so einen größeren Bereich des Lichtspektrums auszunutzen.