Das Prinzip der Photokatalyse

Das Prinzip der Photokatalyse basiert auf den speziellen Eigenschaften des Halbleiters Titandioxid. Dieser ist besser gekannt in seiner Eigenschaft als ungiftiges, oft verwendetes Weißpigment in Zahnpasta, Sonnenschutzmilch oder Wandfarbe. Aber Titandioxid kann noch viel mehr - verwendet in Funktionsbeschichtungen auf Keramiken, Ziegeln, Pflastersteinen, Fenstergläsern und vielen anderen Bauprodukten zerstört es unter Einwirkung von Sonnenlicht nicht nur organische Schmutzpartikel, sondern auch Stickoxide und andere Umweltschadstoffe, die von Industrie und Verkehr an die Luft abgegeben werden.

Warum Titandioxid?

Titandioxid gilt derzeit als der vielversprechendste Photokatalysator: Er ist ungiftig, weist eine hohe Photoaktivität auf, ist langzeitstabil und als Massenchemikalie preiswert in großen Mengen verfügbar und - er ist ein Halbleiter.
Halbleiter verfügen über ein mit Elektronen gefülltes Valenzband, das durch eine Bandlücke von ihrem Leitungsband getrennt ist. Durch Anregung mit Energie (UV-Licht), die größer ist, als die für die Überwindung der Bandlücke notwendige Energie, werden Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband angeregt - es entstehen Elektron-Loch-Paare. Diese Elektron-Loch-Paare rekombinieren im Halbleiter innerhalb von wenigen Nanosekunden oder sie wandern an die Oberfläche des Materials und reagieren dort mit redoxaktiven Stoffen. Diese Redoxreaktionen können für die chemisch-oxidative Reinigung der Umwelt von Schadstoffen genutzt werden. Die Elektronen reduzieren angelagerte Sauerstoffmoleküle der Luft zu Radikalen und die Löcher oxidieren angelagerte Wassermoleküle zu Radikalen. Diese Radikale bauen organische Moleküle zu Kohlendioxid und Wasser ab, Stickoxide und Schwefeldioxid werden zu Nitrat beziehungsweise Sulfat umgesetzt.

Was bedeutet das für die Praxis?

Diese chemische Reaktion findet nur an der Oberfläche des Materials bzw. einer Beschichtung statt und nur unter Anwendung von Licht (Energie). Solange der Katalysator durch Lichtenergie angeregt wird, findet der Abbau-Prozess statt, ohne dass sich der Katalysator dabei selbst verbraucht. Unter dieser Voraussetzung zersetzen photokatalytisch beschichtete Werkstoffe organische Schmutzpartikel ebenso wie Luftschadstoffe.

Was tun wir?

Wir haben uns auf die Messung der Aktivität photokatalytisch ausgerüsteter Produkte sowie neuer Katalysator-Materialien spezialisiert. Unsere Messverfahren konzentrieren sich dabei auf Normuntersuchungen (ISO, CEN, DIN) zum Abbau von Luftschadstoffen (NO, Formaldehyd und Acetaldehyd) und zur Bestimmung der Selbstreinigungsaktivität (Farbstoff, Fettsäure).