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Hochtemperaturstabile TiO2-Nanopartikeln für photokatalytische Anwendungen

Dipl.-Ing. Fei Qi

(gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft unter WE 2331/10-1)

TiO2-Nanopartikeln finden aufgrund ihrer katalytischen und optischen Eigenschaften zahlreiche Anwendungen in Abgas- und Abwasserreinigung sowie in Solarzellen und selbstreinigenden Beschichtungen, bei denen neben der photokatalytischen Aktivität auch die Superhydrophilie der Partikel genutzt wird. TiO2 existiert in unterschiedlichen Modifikationen: Anatas, Rutil und Brookit. Anatas zeigt unter UV-Licht eine hohe photokatalytische Aktivität. Bei Temperaturen ab ca. 400 °C wandelt sich jedoch Anatas in Rutil um. Deswegen ist die Anwendung von TiO2-Beschichtungen bei hohen Temperaturen  durch Sintern und Phasenumwandlung beschränkt. Da die Festigkeit der Verbindung zwischen einer Beschichtung und der Supportoberfläche mit der Einbrenntemperatur zunimmt, muss TiO2 eine hohe Thermostabilität aufweisen, damit die photokatalytische Aktivität der Beschichtung nicht verloren geht.

In der vorliegenden Arbeit werden TiO2-Partikel durch Oxidation des Precursors von TiCl4 in einem O2/CH4 Diffusionsflamme hergestellt. Um die Phasenumwandlung von Anatas zu Rutil zu verhindern, wird SiCl4 als zweite Precursor verzögert direkt in die Flamme eingeleitet. Dadurch werden TiO2-Partikeln mit einem SiO2-Schicht versehen.

Zur Untersuchung der Thermostabilität wurden die Partikeln bei verschiedenen Temperaturen für mehrere Stunden kalziniert. Vor und nach der Kalzinierung wurde die Partikel-Größe und –Morphologie mit TEM charakterisiert sowie die Entwicklung der Grenzfläche nach der Kalzinierung beobachtet. Die Phasenzusammensetzung der TiO2/SiO2-Partikeln wurde mittels XRD gemessen und die Photokatalytische Aktivität wurde durch den Abbau von Dichloressigsäure bestimmt.

 

 

 

 

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