Photokatalyse im Einsatz
Titandioxid (TiO2) ist ein Halbleiter; Licht erzeugt auf seiner Oberfläche Elektron-Loch-Paare, wenn die Energie der Photonen größer als die Bandlücke Eg ist (innerer photoelektrischer Effekt).
Photokatalytische Beschichtung mit Selbstreinigung
Die Elektronen oder Löcher können im Titandioxid an die Oberfläche diffundieren und erzeugen dort Radikale, die zur Zersetzung organischer Substanzen führen. Insbesondere die Löcher haben eine hohe oxidative Wirkung; aus Wasser werden OH-Radikale gebildet. Organische Substanzen werden durch photokatalytische Oberflächenzersetzt. Endprodukte sind in vielen Fällen CO2 und Wasser.
Die Bandlücke Eg ist bei Anatas, der für Photokatalyse effizientesten Form von TiO2 3.2 eV. Da diese Energie einer Licht-Wellenlänge von ca. 390 nm entspricht, ist in der unveränderten Form des TiO2 nur ultraviolettes Licht wirksam. Durch Dotierung des TiO2 ist es heute möglich die Bandlücke von Anatas deutlich zu verringern und so einen größeren Bereich des Lichtspektrums auszunutzen.
Hydrophilie
Eine wesentliche Eigenschaft der Photokatalyse ist die Hydrophilie. Der Begriff "Hydrophilie" kommt aus dem Griechischen und bedeutet wörtlich übersetzt "Wasserliebe". Auf einer hydrophilen Oberfläche bildet sich ein Wassertropfen flach aus, wogegen Wasser auf einer hydrophoben Oberfläche in Tropfen abperlt. Eine Oberfläche wird als super-hydrophil bezeichnet, wenn ein Wassertropfen auf der Oberfläche zerfließt. Eine hydrophile Oberfläche unterstützt die Selbstreinigung wenn sie durch Regen benetzt wird. Eine photokatalytische Titandioxid-Beschichtung wird bei Licht super-hydrophil. Eine solche Oberfläche hat entscheidende Vorteile: Die Beschichtung verhält sich durch ihre hydrophile Eigenschaft ähnlich wie ein Reiniger, wobei jeder Regen den Schmutz von der Oberfläche abwäscht. Die Oberfläche wird selbstreinigend.
Das Wasser verteilt sich als dünner Film auf der Oberfläche. Während des Regens sind daher keine störenden Tropfen auf einer Glasscheibe zu sehen. Die Durchsicht ist deutlich besser als bei einer unbeschichteten Scheibe. Wenn es heiß ist, fördert dieser dünne Wasserfilm zudem die Verdunstung und so die Abkühlung des Gebäudes, z.B. bei einer Glasfassaden-Beschichtung. Das spart Energie und schützt die Umwelt.
