DE102015107986A1 - photocatalyst - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Photokatalysator umfassend ein Pyrochlor oder Perowskit-Material. Der Photokatalysator kann zur Wasserspaltung, Reinigung und/oder Desinfektion eingesetzt werden.The present invention relates to a photocatalyst comprising a pyrochlore or perovskite material. The photocatalyst can be used for water splitting, cleaning and / or disinfection.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Photokatalysatoren und Systeme, die derartige Katalysatoren enthalten, wie z. B. Photovoltaiksysteme und insbesondere solche Systeme, bei denen Wasser photokatalytisch gespalten wird. Dazu sind z. B. aus der
Es besteht jedoch die ständige Notwendigkeit, alternative Materialien und diese Materialien einsetzende Systeme, z. B. für die photokatalytische Wasserspaltung, Desinfektion und/oder Reinigung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung gelöst.However, there is a constant need for alternative materials and systems employing these materials, e.g. B. for the photocatalytic water splitting, disinfection and / or cleaning. This object is solved by
Dementsprechend wird ein im Wellenlängenbereich von ≥ 300 und ≤ 650 absorbierender Photokatalysator vorgestellt, umfassend ein Pyrochlor-Material und/oder ein Perowskit(Schichtperowskit/Doppelperowskit)-Material folgender Struktur: A2LnMO6 mit A ausgewählt aus der Gruppe enthalt Ca, Sr, Ba oder Mischungen daraus, Ln ausgewählt aus der Gruppe enthaltend In, Y, La, Seltene Erden oder Mischungen daraus sowie M = Nb und/oder Ta.Accordingly, a photocatalyst absorbing in the wavelength range of ≥ 300 and ≦ 650, comprising a pyrochlore material and / or a perovskite (Schichtperowskit / Doppelperowskit) material of the following structure: A 2 LnMO 6 with A selected from the group contains Ca, Sr, Ba or mixtures thereof, Ln selected from the group containing In, Y, La, rare earths or mixtures thereof and M = Nb and / or Ta.
Der Term „im Wellenlängenbereich von ≥ 300 nm und ≤ 650 nm absorbierend” bedeutet und/oder umfasst dabei insbesondere, dass der Photokatalysator in diesem Wellenlängenbereich katalytisch aktiv ist, d. h. dass es möglich ist, durch Bestrahlen mit Licht mindestens einer Wellenlänge im angegebenen Bereich katalytische Aktivität zu erzeugen Der Term „im Wellenlängenbereich von ≥ 300 nm und ≤ 650 nm absorbierend” bedeutet und/oder umfasst dagegen nicht, dass der Photokatalysator über diesen gesamten Wellenlängenbereich katalytisch aktiv ist.The term "in the wavelength range of ≥ 300 nm and ≤ 650 nm absorbing" means and / or includes in particular that the photocatalyst is catalytically active in this wavelength range, d. H. that it is possible to generate catalytic activity by irradiation with light of at least one wavelength in the specified range. The term "absorbing in the wavelength range of ≥ 300 nm and ≦ 650 nm" does not and / or does not mean that the photocatalyst catalytically over this entire wavelength range is active.
Bevorzugt besteht der Photokatalysator überwiegend aus einem Pyrochlor-Material und/oder Perowskit-Material (Schichtperowskit/Doppelperowskit-Material) der angegebenen Struktur. Dabei beinhaltet und/oder bedeutet der Term „überwiegend” insbesondere einen Anteil in Gew.-% von ≥ 80%, bevorzugt ≥ 90%, noch bevorzugt ≥ 95% sowie am meisten bevorzugt ≥ 99%.The photocatalyst preferably consists predominantly of a pyrochlore material and / or perovskite material (layer perovskite / double perovskite material) of the stated structure. In this context, the term "predominantly" includes and / or means in particular a proportion in% by weight of ≥ 80%, preferably ≥ 90%, more preferably ≥ 95% and most preferably ≥ 99%.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass derartige Materialien in der Lage sind, photokatalytisch aktiv zu sein und z. B. Wasser zu spalten, oder in Desinfektions- oder Reinigungssystem eingesetzt zu werden. Außerdem bietet der erfindungsgemäße Photokatalysator bei den meisten Ausführungsformen und konkreten Ausgestaltungen einen oder mehrere der folgenden Vorteile:
- – Die beanspruchten Materialien zeichnen sich durch eine hohe thermische und photochemische Belastbarkeit aus und sind zudem langzeitstabil in Kontakt mit Wasser
- – Die beanspruchten Materialien kristallisieren kubisch, also optisch isotrop, und können somit relativ leicht zu transparenten bzw. zumindest transluzenten Keramiken verarbeitet werden.
- – Die beanspruchten Materialien weisen geringe thermische Ausdehnungskoeffizienten auf, so dass eine hohe thermische Wechselbeständigkeit gegeben ist.
- – Die beanspruchten Materialien weisen eine Bandlücke auf, die darauf abgestimmt ist, dass Strahlung mit einer Energie geringer als 2.0–4.0 eV transmittiert wird und Strahlung mit einer Energie größer als 2.0–4.0 eV absorbiert und zur Photokatalyse verwendet wird.
- – Die beanspruchten Materialien können auf mindestens zwei verschiedenen Kationenpositionen n- oder p-dotiert werden, wobei insbesondere die Schichtperowskite(Doppelperowskite) drei unterschiedliche kristallographische Kationenlagen aufweisen, so dass hier eine besonders große Vielzahl an Dotierungsmöglichkeiten besteht.
- - The claimed materials are characterized by a high thermal and photochemical resilience and are also long-term stable in contact with water
- - The claimed materials crystallize cubic, so optically isotropic, and thus can relatively easily be processed into transparent or at least translucent ceramics.
- - The claimed materials have low thermal expansion coefficients, so that a high thermal cycling is given.
- The claimed materials have a bandgap that is tuned to transmit radiation having an energy lower than 2.0-4.0 eV and absorbs radiation with an energy greater than 2.0-4.0 eV and used for photocatalysis.
- The claimed materials can be n-doped or p-doped on at least two different cation positions, with the layer perovskites (double perovskites) in particular having three different crystallographic cation layers, so that a particularly large number of doping possibilities exists here.
Unter dem Term „Wasserspaltung” im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere verstanden, das Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltigen Verbindungen reagiert.For the purposes of the present invention, the term "water splitting" is understood in particular to mean that the water reacts to form hydrogen and oxygen or oxygen-containing compounds.
Der Term „Wasserstoff” im Sinne der vorliegenden Erfindung soll explizit nicht nur elementarer Wasserstoff bedeuten (obwohl dies eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist), sondern ist im Sinne dieser Erfindung definiert als jede chemische Verbindung, in der Wasserstoff in einer niedrigeren Oxidationsstufe (0 oder –I) vorliegt als in Wasser (+I), d. h. auch Hydride und/oder entsprechende Metallkomplexe bzw. Metallhydride sollen im Sinne dieser Verbindung als Wasserstoff verstanden werden, auch wenn der übliche Sprachgebrauch auf dem Gebiet der Chemie ein anderer ist.The term "hydrogen" in the meaning of the present invention is intended to explicitly not only mean elementary hydrogen (although this is a preferred embodiment of the invention), but is defined for the purposes of this invention as any chemical compound in which hydrogen in a lower oxidation state (0 or -I) is present as in water (+ I), d. H. Hydrides and / or corresponding metal complexes or metal hydrides should also be understood as hydrogen in the sense of this compound, even if the common usage in the field of chemistry is different.
Bevorzugt kann der entstehende Wasserstoff je nach Anwendung auch direkt weiter umgesetzt werden, z. B. bei Hydrierungsreaktionen oder zur Bildung von Metallhydriden; dies stellt somit eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar.Preferably, the resulting hydrogen, depending on the application also be implemented directly, z. In hydrogenation reactions or to form metal hydrides; This therefore represents a preferred embodiment of the invention.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass mittels des Photokatalysators auch Sauerstoff bzw. entsprechende Sauerstoffverbindungen entstehen, in denen Sauerstoff in einer anderen Oxidationsstufe vorliegt als in Wasser (–II). Dieser Sauerstoff bzw. die entstehenden Verbindungen können natürlich ebenfalls genutzt werden, falls dies vorteilhaft erscheint. Dabei sei angemerkt, dass häufig die durch den Katalysator vermittelte Reaktion von Wasser die zu Hydroxyradikalen (OH·) ist, welche entweder zu Wasserstoffperoxid dimerisieren oder mit weiteren Reaktanden (z. B. geeigneten Metallionen) zu Sauerstoff reagieren.It should be noted at this point that by means of the photocatalyst and oxygen or corresponding oxygen compounds are formed in which oxygen is present in a different oxidation state than in water (-II). Of course, this oxygen or the resulting compounds can also be used, if this appears advantageous. It should be noted that often the catalyst-mediated reaction of water is the hydroxy radicals (OH ·), which either too Dimer hydrogen peroxide or react with other reactants (eg, suitable metal ions) to oxygen.
Unter dem Term „Desinfizierung” bzw. „Desinfektion” im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere verstanden, dass die Keimzahl reduziert wird. Unter Keimen werden insbesondere Mikroorganismen (Prokaryonten, Bakterien, Pilzsporen, Protozoen, (Retro)Viren, Biofilme, etc.) verstanden.The term "disinfection" or "disinfection" in the sense of the present invention is understood in particular to mean that the germ count is reduced. Microorganisms are understood in particular to be microorganisms (prokaryotes, bacteria, fungal spores, protozoa, (retro) viruses, biofilms, etc.).
Unter dem Term „Reinigung” im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere verstanden, dass die Konzentration unerwünschter organischer Verbindungen reduziert wird. Unter organischen Verbindungen versteht man in diesem Sinne insbesondere Pharmazeutika oder deren metabolisch erzeugten Abbauprodukte, Herbizide, Insektizide, organische Farbstoffe, organische Lösungsmittel, organische Fällungs- oder Flockungsmitteln, Röntgenkontrastmitteln oder organische Duftstoffe Unter „Pyrochlor-Material” wird insbesondere verstanden, dass das Material ein Material der Struktur A2B2Ox mit x ≥ 6 und x ≤ 7 umfasst, welches in der Pyrochlor-Kristallstruktur (Fd-3m) kristallisiert.The term "purification" in the sense of the present invention is understood in particular to mean that the concentration of undesired organic compounds is reduced. Organic compounds are in this sense in particular pharmaceuticals or their metabolically generated degradation products, herbicides, insecticides, organic dyes, organic solvents, organic precipitants or flocculants, X-ray contrast agents or organic perfumes. By "pyrochlore material" is meant in particular that the material Material of structure A 2 B 2 O x with x ≥ 6 and x ≤ 7 which crystallizes in the pyrochlore crystal structure (Fd-3m).
Dabei ist A bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Seltenerdmetalle, Wismut, Lanthan, Yttrium oder Mischungen daraus.A is preferably selected from the group consisting of rare earth metals, bismuth, lanthanum, yttrium or mixtures thereof.
B ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Übergangsmetalle, Indium, Germanium, Zinn oder Mischungen daraus, wobei das Übergangsmetall insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob oder Mischungen daraus.B is preferably selected from the group consisting of transition metals, indium, germanium, tin or mixtures thereof, wherein the transition metal is in particular selected from the group consisting of titanium, zirconium, hafnium, niobium or mixtures thereof.
Insbesondere bevorzugt umfasst der Photokatalysator ein Material der folgenden Struktur:
a, b, c, w, x, y, z jeweils unabhängig voneinander ≥ 0 und ≤ 1 sind mit a + b + c ≥ 0 und ≤ 1 und w + x + y + z ≥ 0 und ≤ 1.Most preferably, the photocatalyst comprises a material of the following structure:
a, b, c, w, x, y, z are each independently ≥ 0 and ≤ 1 with a + b + c ≥ 0 and ≤ 1 and w + x + y + z ≥ 0 and ≤ 1.
Bevorzugt ist Ln ausgewählt aus Ce, Nd, Dy, Tb, Pr, Sm oder Mischungen daraus.Preferably, Ln is selected from Ce, Nd, Dy, Tb, Pr, Sm or mixtures thereof.
Besonders bevorzugte Pyrochlor-Materialien sind ausgewählt aus der Gruppe enthaltend:
La2Ti2O7, Nd2Zr2O7, Nd2(InNb)2O7, Dy2Zr2O7, Tb2Ti2O7, La2Zr2O7, Sm2Zr2O7, (La,Sm)2Zr2O7, Bi2Ti2O7, Y2Ti2O7, Ce2Ti2O7, Ce2Zr2O7, Bi2Zr2O7, Nd2Ti2O7, Tb2Zr2O7, Pr2Ti2O7, Pr2Zr2O7 oder Mischungen dieser Stoffe.Particularly preferred pyrochlore materials are selected from the group comprising:
La 2 Ti 2 O 7 , Nd 2 Zr 2 O 7 , Nd 2 (InNb) 2 O 7 , Dy 2 Zr 2 O 7 , Tb 2 Ti 2 O 7 , La 2 Zr 2 O 7 , Sm 2 Zr 2 O 7 , (La, Sm) 2 Zr 2 O 7 , Bi 2 Ti 2 O 7 , Y 2 Ti 2 O 7 , Ce 2 Ti 2 O 7 , Ce 2 Zr 2 O 7 , Bi 2 Zr 2 O 7 , Nd 2 Ti 2 O 7 , Tb 2 Zr 2 O 7 , Pr 2 Ti 2 O 7 , Pr 2 Zr 2 O 7 or mixtures of these substances.
Besonders bevorzugte Perowskit-Materialien (Schichtperowskit/Doppelperowskit-Materialien) sind ausgewählt aus der Gruppe enthaltend
a, b, c, x, y, z jeweils unabhängig voneinander ≥ 0 und ≤ 1 sind mit a + b + c ≥ 0 und ≤ 1 und x + y ≥ 0 und ≤ 1 sowie z ≥ 0 und ≤ 1. Particularly preferred perovskite materials (layer perovskite / double perovskite materials) are selected from the group comprising
a, b, c, x, y, z are each independently ≥ 0 and ≤ 1 with a + b + c ≥ 0 and ≤ 1 and x + y ≥ 0 and ≤ 1 and z ≥ 0 and ≤ 1.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Photokatalysator teilweise oder überwiegend als Keramik vor.According to a preferred embodiment, the photocatalyst is partially or predominantly present as a ceramic.
Der Ausdruck „Keramik” im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet und/oder umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein kompaktes kristallines oder polykristallines Material mit einer kontrollierten Menge an Poren oder porenfrei.For the purposes of the present invention, the term "ceramic" in the sense of the present invention means and / or comprises in particular a compact crystalline or polycrystalline material with a controlled amount of pores or without pores.
Der Ausdruck „polykristallines Material” im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet und/oder umfasst dabei insbesondere ein Material mit einer Volumendichte von größer 90 Prozent der Hauptkomponente, bestehend zu mehr als 80 Prozent aus einzelnen Kristalldomänen, wobei jede Kristalldomäne einen Durchmesser von ≥ 0,1 bis ≤ 100 μm, bevorzugt ≥ 1 bis ≤ 25 μm sowie am meisten bevorzugt ≥ 2,5 bis ≤ 10 μm und abweichende kristallographische Orientierung besitzt. Die einzelnen Kristalldomänen können über amorphes oder glasartiges Material oder über zusätzliche kristalline Phasen miteinander verbunden bzw. verdünnt sein.The term "polycrystalline material" in the sense of the present invention means and / or comprises in particular a material having a volume density of greater than 90 percent of the main component, consisting of more than 80 percent of individual crystal domains, each crystal domain having a diameter of ≥ 0.1 to ≤ 100 μm, preferably ≥ 1 to ≤ 25 μm, and most preferably ≥ 2.5 to ≤ 10 μm, and has a different crystallographic orientation. The individual crystal domains can be connected or diluted with one another via amorphous or vitreous material or via additional crystalline phases.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt das kristalline Material eine Dichte von ≥ 90% bis ≤ 100% der theoretischen Dichte. Dies hat sich für viele Anwendungen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt.According to a preferred embodiment of the present invention, the crystalline material has a density of ≥ 90% to ≤ 100% of the theoretical density. This has proven advantageous for many applications of the present invention.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Photokatalysator schichtförmig angeordnet. Dies ermöglicht eine einfache und kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen Systems.According to a preferred embodiment, the photocatalyst is arranged in layers. This allows a simple and compact design of the system according to the invention.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich zudem auf ein Photokatalysesystem, enthaltend einen erfindungsgemäßen Photokatalysator.The present invention also relates to a photocatalyst system containing a photocatalyst of the invention.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Photokatalysesystem ein Photovoltaiksystem. Dies bedeutet insbesondere, dass der Photokatalysator zumindest teilweise zur Wasserspaltung verwendet wird. According to a preferred embodiment, the photocatalytic system comprises a photovoltaic system. This means in particular that the photocatalyst is at least partially used for water splitting.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Photokatalysesystem ein Desinfektionssystem. Dies bedeutet insbesondere, dass der Photokatalysator zumindest teilweise die Keimzahl reduziert.According to a preferred embodiment, the photocatalytic system comprises a disinfection system. This means, in particular, that the photocatalyst at least partially reduces the germ number.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Photokatalysesystem ein Reinigungssystem. Dies bedeutet insbesondere, dass der Photokatalysator zumindest teilweise die Konzentration unerwünschter organischer Verbindungen reduziert.According to a preferred embodiment, the photocatalytic system comprises a purification system. This means, in particular, that the photocatalyst at least partially reduces the concentration of undesired organic compounds.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Photokatalysesystem mindestens einen Photokatalysator gemäß der vorliegenden Erfindung, der schichtförmig angeordnet mit einer dem Photokatalysator zugeordneten Wasserschicht. Dies ermöglicht eine einfache und kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen Systems, insbesondere bei Photovoltaikanwendungen oder Desinfektionen wäßriger Lösungen oder Wasser.According to a preferred embodiment, the photocatalytic system comprises at least one photocatalyst according to the present invention, which is arranged in layers with a water layer assigned to the photocatalyst. This allows a simple and compact design of the system according to the invention, especially in photovoltaic applications or disinfections of aqueous solutions or water.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Photokatalysesystem einen p- und/oder n-dotierten Photokatalysator Für den Fall, dass nur ein dotiertes Material (entweder p- oder n-dotiert) vorliegt, ist es bevorzugt, dass dann ein weiteres entsprechend komplementär n- oder p-dotiertes Material vorliegt.According to a preferred embodiment of the present invention, the photocatalytic system according to the invention comprises a p- and / or n-doped photocatalyst. In the event that only one doped material (either p- or n-doped) is present, it is preferred that then another corresponding is present complementary n- or p-doped material.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass bei geeigneter Ausgestaltung die katalysierten Reaktionen, wie etwa die Reduktion von Wasser und die Oxidation von Wasser (im Falle eines Photokatalysesystems) räumlich getrennt werden können.This embodiment has the advantage that, with a suitable embodiment, the catalyzed reactions, such as the reduction of water and the oxidation of water (in the case of a photocatalytic system) can be spatially separated.
Die Dotierung findet dabei im Falle der Pyrochlor-Materialien bevorzugt so statt, dass bei n-Dotierung [IV]-Ionen, z. B. Zr4+, Ge4+, oder Sn4+ durch [V]-Ionen, wie V5+, Nb5+, oder Ta5+ ersetzt werden. Bei p-Dotierung werden bevorzugt [IV]-Ionen, z. B. Zr4+, Ge4+, oder Sn4+ durch [III]-Ionen, wie Cr3+, Mo3+, W3+ ersetztThe doping takes place in the case of the pyrochlore materials preferably so that when n-doping [IV] ions, z. Zr 4+ , Ge 4+ , or Sn 4+ are replaced by [V] ions such as V 5+ , Nb 5+ , or Ta 5+ . For p-type doping, preference is given to [IV] ions, eg. As Zr 4+ , Ge 4+ , or Sn 4+ replaced by [III] ions such as Cr 3+ , Mo 3+ , W 3+
Die Dotierung findet dabei im Falle der Schichtperowski-Materialien bevorzugt so statt, dass bei n-Dotierung [V]-Ionen, z. B. Nb5+ oder Ta5+ durch [VI]-Ionen, wie Mo6+ oder W6+ ersetzt werden und/oder [III]-Ionen, z. B. Y3+, In3+ oder Ln3+ durch [IV]-Ionen, wie Ge4+, Zr4+ oder Hf4+ ersetzt werden. Bei p-Dotierung werden [V]-Ionen, z. B. Nb5+ oder Ta5+ durch [VI]-Ionen, wie Ge4+, Zr4+ oder Hf4+ ersetzt werden und/oder [III]-Ionen, z. B. Y3+, In3+ oder Ln3+ durch [II]-Ionen, wie Zn2+, Mn2+, oder Mg2+ ersetzt werden.In the case of the layer perovskite materials, the doping preferably takes place in such a way that with n-doping [V] -ions, eg. For example, Nb 5+ or Ta 5+ are replaced by [VI] ions such as Mo 6+ or W 6+ and / or [III] ions, e.g. For example, Y 3+ , In 3+ or Ln 3+ may be replaced by [IV] ions such as Ge 4+ , Zr 4+ or Hf 4+ . For p-type doping, [V] -ions, e.g. For example, Nb 5+ or Ta 5+ may be replaced by [VI] ions such as Ge 4+ , Zr 4+ or Hf 4+ , and / or [III] ions, e.g. For example, Y 3+ , In 3+ or Ln 3+ may be replaced by [II] ions such as Zn 2+ , Mn 2+ , or Mg 2+ .
Der Dotierungsgrad beträgt dabei – unabhängig von der Materialklasse – bevorzugt ≥ 0,01 bis ≤ 10% (mol/mol), bevorzugt ≥ 0,1 bis ≤ 1% (mol/mol)Irrespective of the material class, the degree of doping is preferably ≥ 0.01 to ≦ 10% (mol / mol), preferably ≥ 0.1 to ≦ 1% (mol / mol).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Photokatalysesystem eine erste Photokatalysatorschicht, welche n-dotiert ist sowie eine zweite Photokatalysatorschicht, welche p-dotiert ist (wobei eine der beiden oder beide einen erfindungsgemäßen Photokatalysator umfassen oder überwiegend daraus bestehen).According to a preferred embodiment, the photocatalytic system according to the invention comprises a first photocatalyst layer which is n-doped and a second photocatalyst layer which is p-doped (one or both of which comprise or predominantly consist of a photocatalyst according to the invention).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Photokatalysesystem zusätzlich eine nicht-dotierte Photokatalyseschicht, welche zwischen den beiden dotierten Schichten angeordnet ist, durch diese aber ggf. noch durch weitere Zwischenschichten getrennt sein kann.According to a preferred embodiment, the photocatalytic system according to the invention additionally comprises a non-doped photocatalytic layer, which is arranged between the two doped layers, but may optionally be separated therefrom by further intermediate layers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Photokatalysesystem zusätzlich noch eine Blockerschicht, welche elektronenleitend, aber loch-blockierend ist. Diese ist bevorzugt auf der wasserschichtabgewandten Seite der n-dotierten Photokatalysatorschicht angeordnet.According to a preferred embodiment, the photocatalyst system according to the invention additionally comprises a blocking layer which is electron-conducting, but hole-blocking. This is preferably arranged on the side of the n-doped photocatalyst layer facing away from the water layer.
Diese loch-blockierende Blockierschicht umfasst oder besteht überwiegend aus einem transparenten bis transluzenten Material, bevorzugt aus dem photokatalytischen Materials, das n-dotiert ist.This hole-blocking blocking layer comprises or consists predominantly of a transparent to translucent material, preferably of the photocatalytic material which is n-doped.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Photokatalysesystem zusätzlich noch eine Blockierschicht, welche lochleitend, aber elektronen-blockierend ist. Diese ist bevorzugt auf der wasserschichtabgewandten Seite der p-dotierten Photokatalysatorschicht angeordnet.According to a preferred embodiment, the photocatalyst system according to the invention additionally comprises a blocking layer which is hole-conducting but electron-blocking. This is preferably arranged on the side facing away from the water layer of the p-doped photocatalyst layer.
Diese elektronen-blockierende Blockierschicht umfasst oder besteht überwiegend aus einem transparenten bis transluzenten Material, bevorzugt aus dem photokatalytischen Materials, das p-dotiert ist.This electron-blocking blocking layer comprises or consists predominantly of a transparent to translucent material, preferably of the photocatalytic material which is p-doped.
Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Photokatalysesystemweiterhin zwei Wasserschichten, die jeweils einer der beiden dotierten Schichten zugeordnet sind.Preferably, the photocatalytic system according to the invention further comprises two water layers, which are each assigned to one of the two doped layers.
Dies ermöglicht eine einfache und kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen Systems. Dabei muss je nach Ausgestaltung oder konkreter Anwendung für einen entsprechenden Ladungs- und/oder pH-Ausgleich gesorgt werden.This allows a simple and compact design of the system according to the invention. Depending on the configuration or specific application, appropriate charge and / or pH compensation must be ensured.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Photokatalysator, bevorzugt der n-dotierte Photokatalysator bzw. bei Vorhandensein mehrerer Photokatalysatorschichten eine Photokatalysatorschicht – wobei wiederum bevorzugt diese Schicht n-dotiert ist – zusätzlich mit einem geeigneten zweiten Material versehen, insbesondere ein zweites Material, bei dem die Reaktion des Wassers zu Wasserstoff erfolgt. Dieses ist besonders bevorzugt aus der Gruppe der Platinmetalle und deren Legierungen, insbesondere bevorzugt aus Platin, Palladium, Iridium, Rhenium, Ruthenium, Rhodium und Mischungen und/oder Legierungen dieser Materialien.According to a preferred embodiment of the invention, the photocatalyst, preferably the n-doped photocatalyst or in the presence of a plurality of photocatalyst layers, a photocatalyst layer - again preferably this layer is n-doped - additionally provided with a suitable second material, in particular a second material, in which the reaction of the water to hydrogen takes place. This is particularly preferred the group of platinum metals and their alloys, particularly preferably platinum, palladium, iridium, rhenium, ruthenium, rhodium and mixtures and / or alloys of these materials.
Das erwähnte zweite Material kann wie erwähnt z. B. Platin oder ein anderes Edelmetall sein. Bevorzugt ist dieses auf der Oberfläche des Pyrochlor-Materials z. B. als teilweise die Oberfläche bedeckende Schicht oder in Form von Dots oder in Form eines Gitternetzes aufgebracht.The mentioned second material can, as mentioned, for. As platinum or another precious metal. This is preferably on the surface of the pyrochlore material z. B. applied as a partially covering the surface layer or in the form of dots or in the form of a grid.
Dabei ist bevorzugt, dass die Dots eine durchschnittliche maximale Dicke von ≥ 10 und ≤ 500 nm haben, bevorzugt ≥ 100 und ≤ 400 nm.It is preferred that the dots have an average maximum thickness of ≥ 10 and ≦ 500 nm, preferably ≥ 100 and ≦ 400 nm.
Für den Fall, dass das zweite Material in Form eines Gitternetzes aufgebracht ist, ist das Aspektverhältnis bevorzugt ≥ 1:10 bis ≤ 1:1000.In the case that the second material is applied in the form of a grid, the aspect ratio is preferably ≥ 1:10 to ≦ 1: 1000.
Der Flächenanteil des Photokatalysators bzw. der jeweiligen Photokatalysatorschicht, welches durch das zweite Material abgedeckt wird, beträgt bevorzugt ≥ 5% und ≤ 20%, bevorzugt ≥ 10 und ≤ 15%. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass beide Redoxreaktionen (einmal zum Wasserstoff, einmal zum Sauerstoff bzw. Sauerstoff enthaltenden Verbindungen) auf optimale Weise stattfinden können.The area ratio of the photocatalyst or the respective photocatalyst layer covered by the second material is preferably ≥ 5% and ≦ 20%, preferably ≥ 10 and ≦ 15%. In this way it is ensured that both redox reactions (once to the hydrogen, once to the oxygen or oxygen-containing compounds) can take place in an optimal manner.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ausserdem auf die Verwendung eines erfindungsgemäßen Photokatalysators zur katalytischen Wasserspaltung, zur Desinfektion und/oder zur Reinigung, wobei alle zuvor und in Folge beschriebenen Variationen und Ausgestaltungsmöglichkeiten in Frage kommen und ggf. bevorzugte Ausgestaltungs- und Ausführungsformen sind.The present invention furthermore relates to the use of a photocatalyst according to the invention for catalytic water splitting, for disinfection and / or for purification, wherein all variations and design possibilities described above and in succession come into question and may be preferred embodiments and embodiments.
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.The above-mentioned and the claimed components to be used according to the invention described in the exemplary embodiments are not subject to special conditions of size, shape, material selection and technical design, so that the selection criteria known in the field of application can be used without restriction.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen und Beispielen, welche rein illustrativ zu verstehen sind.Further details, features and advantages of the subject matter of the invention will become apparent from the subclaims and from the following description of the drawings and examples, which are to be understood purely illustrative.
In den Figuren zeigenIn the figures show
Im Weg des einfallenden Lichtes (in
Wenn nun Licht auf das System trifft, wird UV und/oder blaues Licht vom Photokatalysator
Das System umfasst nun zwei Wasserschichten
Wenn nun Licht auf das System trifft, entsteht in der einen Wasserschicht Wasserstoff und in der anderen entweder Sauerstoff oder – je nach Anwendung – eine andere sauerstoffenthaltende Verbindung wie Wasserstoffperoxid.When light hits the system, hydrogen is generated in one layer of water and either oxygen or, depending on the application, another oxygen-containing compound, such as hydrogen peroxide, in the other.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Photokatalysator drei Schichten, nämlich zunächst eine p-dotierte Schicht
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (in den Figuren nicht gezeigt) befinden sich zwischen den Schichten (z. B.
Versuche haben außerdem gezeigt, dass die oben beschriebenen Photokatalysatoren unter Bestrahlung mit UV oder blauem Licht dazu geeignet sind, Wasserstoff zu erzeugen. Dazu wird der Photokatalysator als Pulver nach der Kontaktierung über Platin-Dots mit Wasser ggf. unter Zugabe von Opferreagenzien überschichtet und bestrahlt. Die photokatalytische Aktivität kann anhand einer regen Gasentwicklung nachgewiesen werden.Experiments have also shown that the photocatalysts described above under UV or blue light irradiation are capable of producing hydrogen. For this purpose, the photocatalyst is coated as a powder after contacting via platinum dots with water, optionally with the addition of sacrificial reagents and irradiated. The photocatalytic activity can be detected by a rain gas evolution.
Die einzelnen Kombinationen der Bestandteile und der Merkmale von den bereits erwähnten Ausführungen sind exemplarisch; der Austausch und die Substitution dieser Lehren mit anderen Lehren, die in dieser Druckschrift enthalten sind, mit den zitierten Druckschriften werden ebenfalls ausdrücklich erwogen. Der Fachmann erkennt, dass Variationen, Modifikationen und andere Ausführungen, die hier beschrieben werden, ebenfalls auftreten können, ohne von dem Erfindungsgedanken und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.The individual combinations of the components and the features of the already mentioned embodiments are exemplary; the exchange and substitution of these teachings with other teachings contained in this document with the references cited are also expressly contemplated. Those skilled in the art will recognize that variations, modifications and other implementations described herein may also occur without departing from the spirit and scope of the invention.
Entsprechend ist die obengenannte Beschreibung beispielhaft und nicht als beschränkend anzusehen. Das in den Ansprüchen verwendet Wort „umfassen” schließt nicht andere Bestandteile oder Schritte aus. Der unbestimmte Artikel „ein” schließt nicht die Bedeutung eines Plurals aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maße in gegenseitig verschiedenen Ansprüchen rezitiert werden, verdeutlicht nicht, dass eine Kombination von diesen Maßen nicht zum Vorteil benutzt werden kann. Der Umfang der Erfindung ist in den folgenden Ansprüchen definiert und den dazugehörigen Äquivalenten.Accordingly, the above description is illustrative and not restrictive. The word "comprising" used in the claims does not exclude other ingredients or steps. The indefinite article "a" does not exclude the meaning of a plural. The mere fact that certain measures are recited in mutually different claims does not make it clear that a combination of these measures can not be used to the advantage. The scope of the invention is defined in the following claims and the associated equivalents.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Families Citing this family (1)
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003117407A (en) * | 2001-08-08 | 2003-04-22 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | Photocatalyst having catalytic activity even in visible light region |
JP2004344733A (en) * | 2003-05-21 | 2004-12-09 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | Photocatalyst comprising composite oxide and its production method |
DE10332570A1 (en) | 2003-07-13 | 2005-02-10 | Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh | Photovoltaic system for direct hydrogen production and collection |
US20110281111A1 (en) * | 2010-05-11 | 2011-11-17 | Board Of Regents Of The Nevada System Of Higher Education, On Behalf Of The University Of Nevada, | Synthesis of pyrochlore nanostructures and uses thereof |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4736267B2 (en) * | 2001-08-08 | 2011-07-27 | 住友金属鉱山株式会社 | Photocatalyst having catalytic activity even in the visible light region |
JP4575171B2 (en) * | 2003-03-31 | 2010-11-04 | カウンセル オブ サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ | Mg2MM'O6 + x, (M = Y, rare earth metal, and M '= SN, SB, ZR, HF, and TA) compound and method for producing the same |
US20140060643A1 (en) * | 2012-09-05 | 2014-03-06 | Lane W. Martin | Light Absorbing Oxide Materials for Photovoltaic and Photocatalytic Applications and Devices |
DE102014107268A1 (en) * | 2014-05-22 | 2015-11-26 | H1 Energy Bv | Energy conversion system |
-
2015
- 2015-05-20 DE DE102015107986.0A patent/DE102015107986A1/en not_active Ceased
-
2016
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003117407A (en) * | 2001-08-08 | 2003-04-22 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | Photocatalyst having catalytic activity even in visible light region |
JP2004344733A (en) * | 2003-05-21 | 2004-12-09 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | Photocatalyst comprising composite oxide and its production method |
DE10332570A1 (en) | 2003-07-13 | 2005-02-10 | Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh | Photovoltaic system for direct hydrogen production and collection |
US20110281111A1 (en) * | 2010-05-11 | 2011-11-17 | Board Of Regents Of The Nevada System Of Higher Education, On Behalf Of The University Of Nevada, | Synthesis of pyrochlore nanostructures and uses thereof |
US20150080213A1 (en) * | 2010-05-11 | 2015-03-19 | Board Of Regents Of The Nevada System Of Higher Education, On Behalf Of The University Of Nevada | Synthesis of Pyrochlore Nanostructures and Uses Thereof |
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