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Katalytische Schichten spielen eine wichtige Rolle in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technik, indem sie chemische Reaktionen erleichtern und steuern. Diese Schichten bestehen aus Materialien, die als Katalysatoren fungieren und die Umwandlung von Substanzen beschleunigen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Von der Luftreinigung bis zur Energiegewinnung bieten katalytische Schichten eine breite Palette von Anwendungen und tragen dazu bei, innovative Lösungen für technologische Herausforderungen zu entwickeln. Beispiele für katalytische Schichten sind Platin auf Kohlenstoffträgern für thermokatalytische Reaktionen, Zeolith-basierte Schichten für chemisorptive Prozesse, Silber-basierte Schichten für elektrokatalytische Anwendungen und Titanoxid-basierte Schichten für photokatalytische Umwandlungen.
Forschungsschwerpunkt unserer umfangreichen und langjährigen Forschungstätigkeit ist vor allem die Entwicklung und Anwendung photokatalytisch aktiver Schichten.
Photokatalyse ist die Umwandlung chemischer Substanzen unter dem Einfluss von Licht. Der Photokatalysator absorbiert hierbei die Lichtenergie und überträgt sie auf eine reaktive Verbindung und initiiert auf diese Weise eine chemische Reaktion. Unter den Photokatalysatoren wird vor allem der Halbleiter Titandioxid (TiO2) aufgrund seiner geringen Kosten, niedrigen Toxizität und starken Oxidationswirkung favorisiert. Kristallines TiO2, vorzugsweise in der Anatas-Modifikation, kann bei Bestrahlung mit Licht < 380 nm fast alle organischen Stoffe vollständig oxidativ abbauen. Durch die Bestrahlung von TiO2 entstehen Radikale, die äußerst reaktionsfreudig sind und dazu in der Lage, Moleküle und organische Substanzen zu zersetzen. Neben der Bildung von Radikalen führt die Bestrahlung zu einer Superhydrophilie und einer Absenkung des Wasserkontaktwinkels. Bei Kontakt mit Wasser (z.B. Regen oder Tauwasser) bildet sich ein dünner Wasserfilm auf der Oberfläche, der Verunreinigungen leicht abträgt (Easy-to-Clean-Effekt). Angesichts dieser Eigenschaften eröffnet sich ein breites Anwendungsspektrum für photokatalytische Schichten.
• Antiverschmutzung („Easy-to-Clean“, selbstreinigende Oberflächen)
• Luftreinigung (Geruchsbeseitigung, Abbau von VOC’s, Abbau von NOx)
• Wasserreinigung (Entfernung von gefährlichen und persistenten biologischen Substanzen, Sterilisation)
• Antimikrobielle Wirkung (Vorbeugung von Keimanhaftung und Biofilmbildung)
Mit Hilfe des Sol-Gel-Verfahrens lassen sich auf einfache Weise kostengünstig diverse Oberflächen mit dünnen, transparenten TiO2-Schichten ausrüsten. Ziel ist es, diesen Oberflächen selbstreinigende Eigenschaften zu verleihen, Luft und Wasser zu reinigen oder durch die antimikrobielle Wirkung Bakterien, Algen und Pilze abzutöten. Die hohe Verfahrensvielfalt des Sol-Gel-Verfahren erlaubt eine optimale Anpassung an Substratgeometrien und -material. Im Gegensatz zu dem Einsatz von Antibiotika, können bei der Photokatalyse bei den Keimen und Bakterien keine Resistenzen entstehen. Des Weiteren verbraucht sich die photokatalytisch aktive Beschichtung nicht und es werden keine zusätzlichen chemischen Substanzen benötigt. Sobald UV-Licht auf die Beschichtung trifft, startet die Photokatalyse. Die Photokatalyse ist somit besonders umweltfreundlich und nachhaltig.
Gerne arbeiten wir mit Ihnen gemeinsam in Form eines FuE-Projektes oder als Dienstleistung an einer Beschichtungslösung und/oder bestimmen die photokatalytische Aktivität für Ihren Anwendungsfall. Wir entwickeln mit Ihnen realistische Beanspruchungsszenarien um die photokatalytische Langzeitstabilität zu quantifizieren.
ANSPRECHPARTNER:
Dr. Helfried Haufe
Fachsektion Dresden – „Funktionelle Schichten“
Tel.: 0351 / 2695 344
E-Mail: dresden@gmbu.de
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