Photo-Kat ohne teures Edelmetall hergestellt

Neuer Katalysator nutzt fast die Hälfte des Sonnenlichts (Symbolfoto: pixabay.com, NASA-Imagery)

Johannesburg (pte002/30.08.2023/06:05) - Forscher der Universität Johannesburg ( https://www.uj.ac.za ) haben neue Photokatalysatoren entwickelt, die chemische Prozesse massiv beschleunigen - etwa die Zerstörung von Schadstoffen in Trink- und Abwasser. Besonders attraktiv sind solche Reaktionsbeschleuniger, die nicht nur ultraviolettes, sondern auch sichtbares Licht verwerten, weil sich dann die Ausbeute erhöht. Die Experten haben die Katalysatoren aus preiswerten Materialien hergestellt, während bisher teure Edelmetalle nötig waren.

Graphit bildet Löwenanteil

Forschungsleiter Langelihle Dlamini stellt den Katalysator aus drei Zutaten her, wobei mit 89 Prozent Graphit den größten Anteil hat. "Graphitkohlenstoff wird durch UV-Licht im Wellenlängenbereich von 200 bis 400 Nanometern angeregt, gewissermaßen also eingeschaltet. Es entstehen freie Elektronen, die eine Vielzahl von chemischen Prozessen in Gang setzen können", so der Chemiker.

Dazu kommen Calixarene mit einem Anteil von zehn Prozent, das sind becherförmige organische Moleküle, die natürlich vorkommen. "Wir haben Calixarene einbezogen, damit der Photokatalysator unerwünschte organische Moleküle wie Körperpflegeprodukte, Arzneimittel und deren Metaboliten sowie andere Substanzen im kommunalen Abwasser abbauen kann. Calixarene werden seit Jahrzehnten in pharmazeutischen Medikamenten eingesetzt", sagt Dlamini.

Diesen beiden Pulvern setzt der Experte noch Mxene zu, anorganische Verbindungen, in denen sogenannte Übergangsmetalle vorkommen. Sie sind wie Graphen nur eine Atom- beziehungsweise Moleküllage dick. Dlamini entschied sich für das relativ preiswerte Übergangsmetall Niob, von dem er zudem nur winzige Mengen benötigt.

Hocheffiziente Entwicklung

"Die Hauptfunktion des MXene besteht darin, es zu verhindern, dass die photogenerierten Elektronen unter sichtbarer Lichteinwirkung mit sogenannten Löchern rekombinieren und sich neutralisieren'", sagt Dlaminis Doktorand Collen Makola. "Sowohl Calixarene als auch MXene tragen dazu bei, dass auch das sichtbare Licht der Sonne absorbiert wird." Die meisten aktuellen Photokatalysatoren sind nicht nur teuer, sie werden auch vorzugsweise durch UV-Licht aktiv, das nur fünf Prozent der Sonnenlichtenergie ausmacht. Sichtbares Licht macht 45, Nahinfrarot die restlichen 50 Prozent aus.

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