Die Effizienz vieler aktueller Photokatalysatoren wird häufig durch die schnellen Elektron-Loch-Rekombinationsraten und schlechte/unselektive katalytische Stellen auf ihrer Oberfläche eingeschränkt. Um diese Probleme zu lösen, wurden verschiedene Strategien erforscht, z. B. die Verwendung von Cokatalysatoren - an der Oberfläche gebundene Spezies -, die besser geeignete katalytische Stellen bieten und gleichzeitig die Trennung von photoangeregten Elektronen und Löchern fördern. Die am häufigsten verwendeten Cokatalysatoren sind Pt, Pd und IrO2, RuO2 für die photokatalytische Reduktion bzw. Oxidation von Wasser. Angesichts ihrer Seltenheit ist die Entwicklung neuartiger Co-Katalysatoren auf der Grundlage billiger und weithin verfügbarer Elemente nach wie vor ein wichtiges Thema, um eine großtechnische Anwendung der photokatalytischen Wasserspaltung zu erreichen.

Angetrieben von diesem Ziel hat unsere Gruppe Co-Katalysatoren auf Oxidbasis untersucht, die auf d-Block-Übergangsmetallen wie Mn, Co, Fe, Ni und Cu basieren, die für ihre hervorragenden katalytischen Eigenschaften und Anwendungen in Industrie, Forschung und Natur bekannt sind. Diese Elemente können - vor allem in ihrer Oxidform - schnelle und reversible Redoxvorgänge durchführen, Elektronen aufnehmen, akkumulieren und wieder abgeben - Bedingungen, die notwendig sind, um ein sich selbst erholendes System zu schaffen. Darüber hinaus können ihre Oberflächenstruktur und Chemie durch synthetische Bedingungen variiert werden (z. B. können verschiedene Oxide erzeugt werden), wodurch sich die Adsorptions-/Desorptionseigenschaften und damit ihre katalytische Funktion weiter einstellen lassen.

Förderung/Preise:

Otto-Vogl-Preis für eine hervorragende Masterarbeit auf dem Gebiet der Chemie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, ÖAW (Jasmin Schubert)

Beteiligte Kooperationen:

Prof. Johanna Rosen and Dr. Shun Kashiwaya, Linköping University, Sweden

Veröffentlichungen:

Wir haben Mn-, Co-, Fe-, Ni- und Cu-basierte Co-Katalysatoren, die auf TiO2-Nanopartikeln immobilisiert sind, durch Nassimprägnierung hergestellt und systematisch ihre Aussichten für photokatalytische Wasserspaltungsreaktionen untersucht. Im Gegensatz zu der von unserer Gruppe vor einigen Jahren entdeckten Deaktivierung , öffnet eine externe URL in einem neuen Fensterim Anfangsstadium haben wir kürzlich detaillierte Einblicke in die In-situ-Ni-Selbstaktivierung, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster gewährt und den aktiven Zustand dieser Co-Katalysatoren entschlüsselt. Vor kurzem haben wir das Cu-basierte Photosystem unter die Lupe genommen und die thermisch induzierte Cu-Diffusion, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster entschlüsselt, die sich nachteilig auf die photokatalytische Leistung auswirkt.