Defekte und photokatalytische Aktivität von TiO2

Im Rahmen der Entwicklung leistungsfähigerer Photokatalysatoren gehören die Erhöhung der photokatalytischen Effizienz sowie die Verringerung der Anregungsenergie zu den vorrangigen Zielen. Reines Titandioxid (TiO 2 ) weist - entsprechend einer Wellenlänge von ca. 380 nm - eine Bandlücke von 3.2 eV auf und kann aus diesem Grund nur bis zu maximal 5 % des Sonnenspektrums für den photooxidativen Abbau von Umweltgiften aus Luft und Abwasser nutzen. Intrinsische (Fehlstellen) wie auch extrinsische Defekte in Form von Verunreinigungen können zur Bildung von Energiezuständen innerhalb der Bandlücke führen und machen die exzitonische Anregung des Festkörpers mit Strahlung geringerer Energie als 3.2 eV möglich. Neuere Untersuchungen haben gezeigt, daß Dotierung von TiO2 mit Chrom- bzw. Vanadium-Ionen eine beträchtliche Verschiebung der Absorptionskante in den Bereich des sichtbaren Lichtes zur Folge hat. Das Ziel des vorliegenden Projektes ist das bessere Verständnis der physikalisch-chemischen Einflüsse der obengenannten Defekte auf heterogen katalysierte Photooxidations-Reaktionen. Hierzu wird die an dotierten und undotierten TiO2 (110)-Einkristalloberflächen photokatalysierte Zersetzung organischer Modellsubstanzen hinsichtlich der Kinetik der Prozesse betrachtet. Der qualitative und quantitative Einfluß der Fehlstellendichte, der Art und Konzentration des Dotierungsmittels, sowie der Energie des eingestrahlten Lichtes auf die ablaufenden Reaktionen wird eingehend untersucht. In Ergänzung dazu sollen molekülspektroskopische Messungen an polykristallinen Probenmaterial Informationen zu den Zwischen- und Endprodukten liefern.