Herstellung dünner Schichten aus Titan (IV)-oxid nach der Sol-Gel-Methode für photokatalytische und antimikrobielle Anwendungen in der Wasserreinigung und Medizin

Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, photokatalytisch aktives Titan(VI)-oxid in Form von dünnen Schichten herzustellen und nachfolgend physikalisch-chemisch zu modifizieren. An-wendungen dafür ergeben sich dafür z.B. bei der Reinigung von belasteten Abwässern. Dünne Schichten als Katalysatorform wurden deshalb gewählt, weil sie eine Alternative gegenüber dem suspendierten Katalysator darstellen. Die Herstellung mit geeigneten photokatalytischen Eigenschaften erfolgt durch Ablagerung des Titan(IV)-oxides als Sol auf einem geeigneten Substrat, hierdurch werden die Nanopartikel gegen Agglomeration stabilisiert. Die Nachteile dünner Schichten, wie ein niedriger Wirkungsgrad der Schicht im Abwasser, eine geringere aktive Oberfläche im Vergleich zu den suspendierten Nanopartikeln und die Riss-neigung während der thermischen Behandlung können durch zusätzliche Behandlungsmethoden unterdrückt werden. In der Literatur existieren umfangreiche Arbeiten zur Modifizierung der Struktur und der Eigenschaften mittels chemischer Prozesse. Hierbei werden durch Zugabe von Metallen, anorganischen oder organischen Verbindungen wesentliche Änderungen in der Struktur und damit beim photokatalytischen Verhalten verursacht. Die Lasermodifizierung stellt nun eine neue und zukunftsweisende Möglichkeit zur Modifizierung dünner Schichten dar. Die Vorteile liegen u.a. in der Bildung katalytisch hochaktiver Oberflächen hoher Porosität, einer exakten Steuerung des Verlaufes der Phasenübergänge, der Verschiebung des Absorptionsrandes zu größeren Wellenlängen (kleineren Energien) sowie der Abnahme des Rekombinationsgrades der photogenerierten Ladungsträger infolge von metallischen Nanophasen. Der Prozess kommt insbesondere ohne zusätzliche Hilfsstoffe, wie z.B. Farbstoffe aus, die bei der photokatalytischen Abwasserreinigung aus den Schichten austreten und somit das Wasser wiederum belasten können. Bei der Lasermodifizierung spielen Kenntnisse zur Wechselwirkung zwischen Lichteinstrahlung und Feststoff eine zentrale Rolle.