Titandioxidbasierte, phosphorfunktionalisierte Hybridmaterialien als Photokatalysatoren zur Luftreinigung

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Doris Segets
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392327370

Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist die wissensbasierte Entwicklung fortgeschrittener, multifunktionaler TiO2 Photokatalysatoren. Dies wird durch die Kombination aus Phosphorfunktionalisierung und Hybridisierung eines TiO2 Sols, welches am Shanghai Insitute of Ceramics der Chinese Academy of Sciences (SICCAS) entwickelt wurde (SIC-TiO2), erreicht. Als industriell relevantes Vergleichsmaterial wird Aeroxid® P25 von Evonik Industries (P25) eingesetzt. Das anspruchsvolle Forschungsvorhaben ist nur durch die kombinierte Expertise von Dr. Doris Segets (FAU, Deutschland) bzgl. der Charakterisierung und Funktionalisierung oxidischer Materialien und Prof. Jing Sun (SICCAS, China) bzgl. Photokatalyse und Hybridmaterialien zu realisieren. Teilziele sind:i) Herstellung phosphorfunktionalisierter Hybridmaterialien (PHM) als bisher nicht existierende, neue Photokatalysatorklasseii) Quantifizierung der komplexen Oberflächenchemie der PHMs auf molekularer, als auch auf Partikelebeneiii) Verknüpfung der Erkenntnisse aus (ii) mit photokatalytischer Aktivität (PA) sowohl in der Gas-, als auch in der FlüssigphaseAm Ende der Förderung steht somit nicht nur ein optimierter SIC-TiO2 Katalysator zur Verfügung welcher direkt beitragen kann, den Ausstoß an PM2.5 (partikuläre Materie unter 2.5 µm) zu reduzieren. Aufgrund des tiefgreifenden Verständnisses i) der partikulären Oberflächeneigenschaften, ii) der Wechselwirkung der Partikeln mit unterschiedlichen Substraten und iii) der schlussendlich ermittelten PA, werden generelle Design-Regeln für hocheffiziente, oberflächenmodifizierte Photokatalysatoren abgeleitet. Im Rahmen dieses Projekts werden einzigartige Datensätze zu TiO2-PHMs zugänglich, wie sie von keiner der Antragstellerinnen alleine ermittelt werden können.Über die gesamte Projektlaufzeit wird die Materialkomplexität schrittweise von allein phosphorfunktionalisierten (P-), bzw. allein mit reduziertem Graphenoxid (RGO) hybridisierten TiO2 Partikeln erhöht, um schlussendlich P-funktionalisierte Hybride zu erhalten. Dabei werden die Oberflächeneigenschaften während der Funktionalisierung (Hansen Parameter, Zeta Potentiale), die Substratadsorption im Dunkeln sowohl in der Flüssig-, als auch in der Gasphase, als auch die PA systematisch untersucht.Der dabei ermittelte Datensatz erlaubt erstmals eine ganzheitliche Betrachtung von Partikelgröße, Funktionalisierung, Oberflächeneigenschaften, Hybridisierung, Hybridisierungsprozess, Substratadsorption in Gas- und Flüssigphase sowie Substrateinfluss. Zusätzlich zu den dabei entwickelten fortgeschrittenen Photokatalysatoren wird ein tiefgreifendes Verständnis der entscheidenden Einflussfaktoren auf die photokatalytische Leistungsfähigkeit, sowie deren komplexes Zusammenspiel entwickelt. Die dabei erzielten, einzigartigen Erkenntnisse können allerdings nur durch die komplementären Expertisen bzgl. Partikelhandhabung und Grenzflächencharakterisierung (D. Segets) sowie Photokatalyse (J. Sun) gewonnen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartnerin: Professorin Jing Sun, Ph.D.