Die Studie, die von Experten des MIPT-Zentrums für Photonik und zweidimensionale Materialien in Zusammenarbeit mit internationalen Wissenschaftlern durchgeführt wurde, identifizierte eine optimale Materialstruktur für eine hohe photokatalytische Effizienz unter sichtbarem Licht.
Russland hat eine neue Klasse von Photokatalysatoren entwickelt, die Wasser mithilfe von sichtbarem Sonnenlicht reinigen können. Das Verfahren wurde von Wissenschaftlern des Moskauer Instituts für Physik und Technologie (MIPT) entwickelt und stellt laut der offiziellen Website des Instituts einen Durchbruch dar, der die nachhaltige Wasseraufbereitung deutlich voranbringen könnte.
Die Studie, die von Experten des MIPT-Zentrums für Photonik und zweidimensionale Materialien in Zusammenarbeit mit internationalen Wissenschaftlern durchgeführt wurde, identifizierte eine optimale Materialstruktur für eine hohe photokatalytische Effizienz unter sichtbarem Licht, wie TV BRICS berichtete.
Die Photokatalyse gilt als vielversprechende Methode zur Entfernung organischer Schadstoffe wie Farbstoffe, Arzneimittelrückstände, Pestizide und Ölspuren aus Wasser. Die meisten existierenden Photokatalysatoren basieren jedoch hauptsächlich auf ultraviolettem Licht, das knapp 5 Prozent des Sonnenspektrums ausmacht. Sichtbares Licht hingegen macht fast die Hälfte der Sonnenstrahlung aus, weshalb seine Nutzung laut TV BRICS für skalierbare und nachhaltige Reinigungstechnologien unerlässlich ist.
Welche anderen Methoden verwenden Wissenschaftler?
Um diese Einschränkung zu überwinden, nutzten Wissenschaftler die Femtosekunden-Laserablation in Flüssigkeiten. Bei diesem Verfahren werden ultrakurze, hochenergetische Laserpulse eingesetzt, um die Oberfläche eines Materials zu verdampfen. Der entstehende Dampf kondensiert zu Nanopartikeln mit maßgeschneiderten elektronischen Eigenschaften. Entscheidend ist, dass diese Technik stabile, wasserbasierte kolloidale Lösungen ohne den Einsatz von Tensiden erzeugt und somit das Verfahren sauber und umweltfreundlich macht.
Die Wissenschaftler untersuchten zwei Niob-basierte Materialien: Niobpentoxid (Nb₂O₅) und Lithiumniobat (LiNbO₃). Die Laserbehandlung beeinflusste beide Materialien unterschiedlich. Nb₂O₅ verlor seine Kristallstruktur und wurde vollständig amorph, während das thermodynamisch stabilere LiNbO₃ seine Kristallstruktur beibehielt und gleichzeitig gezielt Punktdefekte entwickelte.
Amorphe Materialien führen typischerweise zu einer schnellen Rekombination der durch Licht erzeugten Ladungsträger, was die Effizienz einschränkt. Im Gegensatz dazu verbessern gezielt erzeugte Defekte in kristallinen Materialien die Absorption von sichtbarem Licht und verlängern die Lebensdauer der Ladungsträger. Dies ermöglicht die Bildung reaktiver Spezies, die Schadstoffe effektiver abbauen.
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