Nachhaltiger Ansatz für kosteneffiziente bimetallische Nanostrukturen für photokatalytische Anwendungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Salih Veziroglu
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575166705

Jüngste Fortschritte in nanostrukturierten Materialien, insbesondere metallbasierten Nanostrukturen, zeigen großes Potenzial zur Erreichung wichtiger Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs), darunter Gesundheit und Wohlergehen (SDG 3), sauberes Wasser und Sanitäreinrichtungen (SDG 6) sowie verantwortungsvoller Konsum und Produktion (SDG 12). Besonders bimetallische Nanostrukturen heben sich durch ihre überlegenen optischen und katalytischen Eigenschaften gegenüber monometallischen Systemen hervor. Ihre Leistungsfähigkeit kann durch gezielte Kontrolle von Zusammensetzung, Morphologie und Synthesebedingungen optimiert werden, jedoch fehlen bislang systematische Designstrategien. Herkömmliche chemische Syntheseverfahren sind zwar wirksam, beruhen jedoch häufig auf gesundheits- und umweltschädlichen Reduktionsmitteln wie Natriumborhydrid (NaBH₄). Im Sinne der grünen Nanotechnologie werden daher umweltfreundlichere und sicherere Alternativen angestrebt. Die Photodeposition bietet hier einen vielversprechenden Ansatz, da sie eine lichtgetriebene Synthese bimetallischer Nanopartikel auf Halbleiteroberflächen wie TiO₂ unter milden Bedingungen und ohne toxische Chemikalien ermöglicht. Diese Methode erlaubt eine präzise Steuerung von Struktur und Zusammensetzung und führt durch synergistische Effekte sowie verbesserte Lichtabsorption aufgrund von Oberflächenplasmonresonanzen zu einer gesteigerten photokatalytischen Aktivität. Aufbauend auf diesen Vorteilen zielt das vorgeschlagene Projekt darauf ab, ein umfassendes Konzept für die in-situ-Herstellung und -Analyse bimetallischer Nanostrukturen auf hochaktiven TiO₂-Dünnfilmen zu entwickeln. Durch die Kombination von Photodeposition mit einer Stopped-Flow-Mischvorrichtung und der Echtzeit-Charakterisierung mittels UV-Vis-Absorption und Photolumineszenz-Spektroskopie (PL) soll das Wachstum, die Zusammensetzung und die Morphologie dieser Nanostrukturen gezielt gesteuert und besser verstanden werden. Zu den Hauptzielen gehören die Entwicklung bimetallischer Systeme mit und ohne Edelmetalle mit kontrollierter Größe, Form und Verteilung; die Herstellung hocheffizienter photokatalytischer Nanokomposite; sowie die Untersuchung atomarer Struktur- und Grenzflächeneigenschaften. Die resultierenden Materialien sollen durch die kombinierte Wirkung von plasmonischen und katalytischen Komponenten eine verstärkte elektrische Feldwirkung erzeugen und so eine maximale photokatalytische Effizienz erreichen – mit Anwendungen in der Umweltreinigung, der solaren Energieumwandlung und dem Schadstoffabbau, im Einklang mit nachhaltigen Technologien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen