EP2080011A1 - Verfahren zur quantifizierung der photokatalytischen aktivität von oberflächen und dessen verwendung - Google Patents

Verfahren zur quantifizierung der photokatalytischen aktivität von oberflächen und dessen verwendung

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EP2080011A1
EP2080011A1 EP07819041A EP07819041A EP2080011A1 EP 2080011 A1 EP2080011 A1 EP 2080011A1 EP 07819041 A EP07819041 A EP 07819041A EP 07819041 A EP07819041 A EP 07819041A EP 2080011 A1 EP2080011 A1 EP 2080011A1
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EP
European Patent Office
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mbar
substrate
organic
layer
photocatalytic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07819041A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Neubert
Frank Neumann
Michael Vergöhl
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method

Definitions

  • the invention describes a quantifying measuring method for measuring the photocatalytic activity of surfaces.
  • a thin stearic acid layer is vapor-deposited onto the photocatalytic surface to be measured.
  • the measurement of the photocatalytic degradation reaction with an organic test substance is already at a standstill of the technique.
  • the organic test substance can be present as gas, liquid or solid layer on the photocatalytic substrate.
  • the degradation reaction is analyzed by quantitative analysis of the chemical degradation products. This requires appropriate know-how for chemical analysis as well as cost-intensive equipment (gas chromatographs, infrared spectrometers, etc.).
  • an organic test substance In order to be able to measure a photocatalytic degradation reaction in a practical manner, an organic test substance must first be applied to the surface to be measured. The quality of the measurement is closely linked to the homogeneity of the applied test substance layer. In principle, the larger and more homogeneous the test substance can be applied, the more reproducible and more accurate are the measurement results.
  • the organic test substance methyl stearate, stearic acid, etc.
  • the organic solvent e.g., hexane
  • DE 10 2004 027 118 A1 discloses a method for the quantitative determination of the photocatalytic degradation of organic dyes on photocatalytically active surfaces by means of fluorescence analysis.
  • the object of the present invention is to specify a simple measuring method which makes possible an efficient, economical and accurate determination of the photocatalytic activity of a substrate.
  • a method for quantifying the photocatalytic activity of a surface of a substrate in which a thermally vapor deposited layer in direct contact with the surface of the substrate containing at least one light scattering organic compound is irradiated with short wavelength electromagnetic radiation and by optical measurement methods the time course of the decrease in the amount of the compound caused by photocatalytic degradation is determined.
  • test substance layers (stearic acid) to be applied very homogeneously over a surface area of several square centimeters.
  • the layer thickness and the coated surface can be freely selected over a large area. • The application is simple, reproducible and requires only a small technical effort.
  • the layer containing at least one light-scattering organic compound is vapor-deposited directly onto the surface of the substrate.
  • An alternative embodiment of the method provides that the layer is applied to a further, for electromagnetic radiation in the optical measuring method at least partially transparent substrate and this further substrate is brought into contact with the coated surface of the substrate to be measured.
  • the contact can be non-positive and / or positive.
  • the stearic acid can be evaporated on a UV-transparent quartz glass substrate, wel The coated side is placed on a photocatalytically active surface. The degradation reaction can be measured here by scattered light measurements of the reflected light.
  • the measuring method can also be used for smooth substrates, which can not be directly coated with stearic acid (built-in photocatalytic product, products with too large dimensions).
  • the vapor deposition under reduced pressure of between 10 -6 mbar and 10 mbar is preferably carried out between 10 -3 mbar and 1 mbar, more preferably between 10 -3 mbar and 10 "1 mbar.
  • the organic compound is preferably selected from the group consisting of vaporizable organic compounds and / or organic fatty acids and their derivatives.
  • derivatives are understood as meaning inorganic and / or organic fatty acid derivatives. These include, for example, esters, ethers and / or salts.
  • any known organic fatty acid can be used for the process.
  • the fatty acid is selected from the saturated, monounsaturated and / or polyunsaturated fatty acids.
  • stearic acid and / or methyl stearate are biologically completely harmless and very inexpensive.
  • the layer thickness produced in the process does not play an essential role in carrying out the process, but preferably a coating is produced which has a thickness of from 1 to 1000 nm, preferably from 50 to 300 nm.
  • the irradiation of the coating takes place over a period of 1 minute to 48 hours, preferably from 10 minutes to 12 hours, particularly preferably from 30 minutes to 6 hours.
  • the irradiation may be continuous, i. throughout the period, but it is also possible to perform the irradiation at intervals.
  • the measurement of the decrease in the amount of the applied compound can be carried out simultaneously with the irradiation, but also after completion of irradiation and / or in the breaks, if the irradiation is carried out at intervals.
  • UV light is preferably used during the irradiation, in particular radiation having a wavelength between 100 nm and 800 nm, preferably 300 nm and 500 nm, particularly preferably between 360 nm and 420 nm.
  • the coating is irradiated on the substrate, the only factor being that the irradiation takes place with a sufficiently high power, so that the most efficient degradation of the organic substance takes place.
  • the irradiation is applied in an intensity of 0.1 mW / cm 2 to 10 mW / cm 2 inclusive, preferably from 0.5 mW / cm 2 to 5 mW inclusive / cm 2 , more preferably from 0.8 mW / cm 2 to 1.5 mW / cm 2 takes place.
  • the determination of the residual amount is carried out with optical measurement methods in the visible and / or infrared spectral range.
  • the optical measurement methods are selected from the group consisting of determination of the absorption, fluorescence, spectral lipometry and / or scattered light measurement.
  • the scattered light measurement is preferred.
  • a further light source may be used, but in particular when determining the residual amount via fluorescence, the UV light source used in the irradiation may be the only light source required for carrying out the method, which in this case is another advantageous simplification of the experimental setup leads.
  • the method is suitable for quantifying the photocatalytic activity of substrates.
  • the substrates are selected from the group consisting of support structures which are coated with TiO 2 , ZnO, SrTiO 3 , and / or K 4 NbO 7 , glass, ceramics, metal, plastics, wood and / or paper.
  • the method finds use for the analytical observation of optical changes of organic layers as a result of chemical reactions, eg oxidation and / or crystallization.
  • a substrate 1 which is fixed on a fixing device 2, introduced into a coating chamber 3, to which a reduced pressure can be applied via a vacuum port 4.
  • the coating chamber 3 has a heating device 5.
  • the heater can be made electrically and heated by a transformer 7.
  • a crucible 8 with the organic compound used in this case, stearic acid is brought into thermal contact with the heating device.
  • the organic compound eg stearic acid
  • the boiling point of the organic compound is thereby lowered.
  • Crucible and heater should be such that the heat radiation emitted by this is minimal and the evaporation temperature of the organic test substance can be achieved very quickly.
  • the organic compound is then precipitated on the cool substrate by condensation / resublimation processes as a homogeneous layer with a uniform thickness. Processes that work with dissolved organic substances do not produce such a layer.
  • irradiation is carried out with a UV lamp having a defined spectrum (as narrow as possible) and known intensity (eg UVA at 366 nm and 1.0 mW / cm 2 ).
  • the measurement of the layer quantity of the test substance is carried out using suitable optical measuring methods. These can be measurements of the absorption in the visible and in the infrared spectral range as well as measurements of the fluorescence or by means of spectral ellipsometry.
  • optical scattered light measurements haze
  • these correlation are performed.
  • H ( ⁇ ) H max - (H max -H substrate ) 'exp (-B' ⁇ ) (Eq. 1)
  • a photocatalytic activity PA as a number N mo ieküi the destroyed stearic acid molecules per area A 7 radiation intensity ⁇ and time t. This can be determined by Equation 4 r from the degradation rate D / of the radiation intensity ⁇ and the molecular mass m e i mo Kuei of stearic acid.
  • equation 5 can be used to determine a quantum efficiency Q, which is defined as the number of destroyed bonds per incident photon ,

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein quantifizierendes Messverfahren zur Vermessung der photokatalytischen Aktivität von Oberflächen. Hierbei wird eine dünne Stearinsäureschicht auf die zu vermessende photokatalytische Oberfläche aufgedampft. Die Oberfläche wird anschließend mit UV-Licht bestrahlt und in definierten Zeitabständen der von der Stearinsäureschicht gestreute Lichtanteil (= optischer Haze) gemessen. Ist die Oberfläche photokatalytisch, so baut sich die Stearinsäureschicht rückstandsfrei ab, so dass der optische Haze auf den Wert der unbeschichteten Oberfläche absinkt. Aus dem zeitabhängigen Kurvenverlauf des optischen Haze lässt sich dann eine quantitative photokatalytische Aktivität der Oberfläche bestimmen.

Description

Verfahren zur Quantifizierung der photokatalytischen Aktivität von Oberflächen und dessen Verwendung
Die Erfindung beschreibt ein quantifizierendes Messverfahren zur Vermessung der photokatalytischen Aktivität von Oberflächen. Hierbei wird eine dünne Stearinsäureschicht auf die zu vermessende photokatalyti- sche Oberfläche aufgedampft. Die Oberfläche wird anschließend mit UV-Licht bestrahlt und in definierten Zeitabständen der von der Stearinsäureschicht gestreute Lichtanteil (= optischer Haze) gemessen. Ist die Oberfläche photokatalytisch, so baut sich die Stearinsäureschicht rückstandsfrei ab, so dass der optische Haze auf den Wert der unbeschichteten Oberfläche absinkt. Aus dem zeitabhängigen Kurvenverlauf des optischen Haze lässt sich dann eine quantitative photokatalytische Aktivität der Oberfläche bestimmen.
Das Vermessen der photokatalytischen Abbaureaktion mit einer organischen Testsubstanz ist bereits Stand der Technik. Die organische Testsubstanz kann dabei als Gas, Flüssigkeit oder feste Schicht auf dem pho- tokatalytischen Substrat vorliegen. Häufig wird die Abbaureaktion durch quantitative Analyse der chemischen Abbauprodukte analysiert. Dies erfordert entsprechendes Know-how zur chemischen Analyse sowie kostenintensives Equipment (Gaschromatographen, Infrarotspektrometer, etc.).
Um eine photokatalytische Abbaureaktion praxisnah messen zu können, muss zunächst eine organische Testsubstanz auf die zu vermessende Oberfläche aufgebracht werden. Die Qualität der Messung ist hierbei eng mit der Homogenität der aufgebrachten Testsubstanzschicht verknüpft. Prinzipiell gilt, je großflächiger und homogener die Testsubstanz aufgebracht werden kann, umso reproduzierbarer und genauer sind die Messergebnisse . Bei den herkömmlichen Methoden wird die organische Testsubstanz (Methylstearat , Stearinsäure, u.a.) meist in einem organischen Lösungsmittel gelöst, dieses auf eine definierte Fläche auf die zu vermessende Oberfläche aufgebracht und anschließend eingedampft. Durch das Eintrocknen bilden sich häufig größere Kristallite und Schichtdickeninhomogenitäten in Form von konzentrischen Kreisen um den Mittelpunkt aus, was die Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit stark beeinträchtigt. Darüber hinaus ist die Verwendung vieler hierzu nötiger organischer Lösungsmittel (z.B. Hexan) aus gesundheitlichen Gründen nicht unbedenklich, so dass geeignete Absaugvorrichtungen vorhanden sein müssen.
Aus der DE 10 2004 027 118 Al ist ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung des photokatalytischen Abbaus organischer Farbstoffe auf photokatalytisch aktiven Oberflächen mittels Fluoreszenzanalyse bekannt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Messverfahren anzugeben, das eine effiziente, wirtschaftliche und genaue Bestimmung der photokata- lytischen Aktivität eines Substrats möglich macht.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Mit Patentanspruch 13 werden Verwendungszwecke des Verfahrens genannt. Die jeweils abhängigen Ansprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Quantifizierung der photokatalytischen Aktivität einer Oberfläche eines Substrates bereitgestellt, bei dem eine in unmittelbarem Kontakt mit der Oberfläche des Substrats stehende thermisch aufgedampfte Schicht, enthaltend mindestens eine das Licht streuende organische Verbindung, mit kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird und durch optische Messmethoden der zeitliche Verlauf der durch photokatalytischen Abbau bedingte Abnahme der Menge der Verbindung bestimmt wird.
Eine derartige Verfahrensführung bringt wesentliche Vorteile mit sich:
• Durch das Aufdampfen können die Testsubstanz- schichten (Stearinsäure) sehr homogen auf eine mehrere QuadratZentimeter große Fläche aufgebracht werden.
• Die Schichtdicke und die beschichtete Fläche sind hierbei über einen großen Bereich frei wählbar . • Das Aufbringen ist einfach, reproduzierbar und verlangt nur einen geringen technischen Aufwand.
• Die Verwendung der Hazemessungen zur Schichtdickenbestimmung erlaubt eine zerstörungsfreie, für dünne Stearinsäureschichten (< 300 nm) sehr empfindliche Messung.
• Es ist keine Verwendung von zum Teil giftigen organischen Lösungsmitteln (z.B. Hexan) nötig, wie beim Aufbringen organischer Testsubstanzen mittels Lösungsmitteln.
• Die Vermessung von transparenten als auch von opaken photokatalytischen Substraten wird ermöglicht, indem das Streulicht wahlweise in Transmission oder in Reflexion gemessen werden kann
Prinzipiell sind zwei alternative Ausführungsformen des Verfahrens möglich. In einer ersten vorteilhaften Variante wird dabei die Schicht, enthaltend mindestens eine das Licht streuende organische Verbindung, direkt auf die Oberfläche des Substrates aufgedampft.
Eine alternative Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Schicht auf ein weiteres, für elektromagnetische Strahlung im Bereich der optischen Messmethode zumindest teilweise transparentes Substrat aufgebracht wird und dieses weitere Substrat mit der beschichteten Oberfläche des zu messenden Substrats in Kontakt gebracht wird. Der Kontakt kann dabei kraft- und/oder formschlüssig sein. Beispielsweise kann die Stearinsäure dazu auf ein UV-lichtdurchlässiges Quarzglassubstrat aufgedampft werden, wel- ches mit der beschichteten Seite auf eine photokata- lytisch aktive Oberfläche gelegt wird. Die Abbaureaktion kann hier durch Streulichtmessungen des reflektierten Lichtes vermessen werden. Hierdurch kann das Messverfahren auch für glatte Substrate, welche nicht direkt mit Stearinsäure beschichtet werden können (eingebautes photokatalytisches Produkt, Produkte mit zu großen Abmessungen) , verwendet werden.
Weiterhin ist es günstig, wenn das Aufdampfen unter vermindertem Druck zwischen 10~6 mbar und 10 mbar, bevorzugt zwischen 10~3 mbar und 1 mbar, besonders bevorzugt zwischen 10~3 mbar und 10"1 mbar erfolgt.
Ebenso haben Versuche gezeigt, dass es von Vorteil ist, wenn das Aufdampfen bei einer erhöhten Temperatur erfolgt, d.h. die organische Substanz beim Aufdampfen erwärmt wird. Dabei ist es jedoch wesentlich, dass das Aufdampfen bei einer Temperatur erfolgt, die unterhalb der Zersetzungstemperatur der organischen Verbindung liegt. Beispielsweise für Stearinsäure werden im Allgemeinen Temperaturen zwischen 3000C und 4000C verwendet.
Bevorzugt wird die organische Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus verdampfbaren organischen Verbindungen und/oder organischen Fettsäuren und deren Derivaten. Unter Derivaten werden erfindungsgemäß anorganische und/oder organische Fettsäurederivate verstanden. Hierzu sind beispielsweise Ester, Ether und/oder Salze zu nennen. Prinzipiell kann jede bekannte organische Fettsäure für das Verfahren verwendet werden. Insbesondere wird die Fettsäure ausgewählt aus den gesättigten, einfach und/oder mehrfach ungesättigten Fettsäuren. Ganz besonders bevorzugt sind Stearinsäure und/oder Methylstearat . Stearinsäure bzw. Methylstearat sind biologisch völlig unbedenklich und sehr kostengünstig.
Erfindungsgemäß spielt die beim Verfahren erzeugte Schichtdicke keine wesentliche Rolle zur Ausführung des Verfahrens, bevorzugt wird jedoch eine Beschich- tung erzeugt, die eine Dicke von 1 bis 1000 nm, bevorzugt von 50 bis 300 nm, besitzt.
Weiterhin ist es günstig, wenn die Bestrahlung der Beschichtung über einen Zeitraum von 1 min bis 48 h, bevorzugt von 10 min bis 12 h, besonders bevorzugt von 30 min bis 6 h erfolgt. Dabei kann die Bestrahlung kontinuierlich, d.h. durchgehend über den ganzen Zeitraum, erfolgen, es ist jedoch ebenso möglich, die Bestrahlung in Intervallen vorzunehmen. Die Messung der Abnahme der Menge der aufgebrachten Verbindung kann dabei gleichzeitig neben der Bestrahlung erfolgen, jedoch auch nach abgeschlossener Bestrahlung und/oder in den Pausen, falls die Bestrahlung in Intervallen ausgeführt wird.
Bevorzugt wird bei der Bestrahlung UV-Licht eingesetzt, insbesondere Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 100 nm und 800 nm, bevorzugt 300 nm und 500 nm, besonders bevorzugt zwischen 360 nm und 420 nm .
Erfindungsgemäß ist es dabei unerheblich, mit welcher Intensität die Beschichtung auf dem Substrat bestrahlt wird, maßgeblich ist lediglich, dass die Bestrahlung mit einer genügend hohen Leistung erfolgt, so dass ein möglichst effizienter Abbau der organischen Substanz erfolgt. Als praktikabel hat es sich jedoch erwiesen, wenn die Bestrahlung in einer Intensität von 0,1 mW/cm2 bis einschließlich 10 mW/cm2, bevorzugt von 0,5 mW/cm2 bis einschließlich 5 mW/cm2, besonders bevorzugt von 0,8 mW/cm2 bis 1,5 mW/cm2 erfolgt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Restmenge mit optischen Messmethoden im sichtbaren und/oder infraroten Spektralbereich. Insbesondere sind die optischen Messmethoden dabei ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bestimmung der Absorption, Fluoreszenz, Spektralel- lipsometrie und/oder Streulichtmessung. Insbesondere ist dabei die Streulichtmessung bevorzugt. Je nach Ausführungsform kann dabei noch eine weitere Lichtquelle verwendet werden, insbesondere bei Bestimmung der Restmenge über Fluoreszenz kann aber auch die bei der Bestrahlung verwendete UV-Lichtquelle die einzige Lichtquelle sein, die zur Ausführung des Verfahrens benötigt wird, was in diesem Fall zu einer weiteren vorteilhaften Vereinfachung des Versuchsaufbaus führt .
Erfindungsgemäß werden ebenso Verwendungszwecke des Verfahrens angegeben. Insbesondere eignet sich das Verfahren zur Quantifizierung photokatalytischer Aktivität von Substraten. Vorzugsweise sind die Substrate ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Trägerstrukturen, die mit TiO2, ZnO, SrTiO3, und/oder K4NbO7 beschichtet sind, Glas, Keramik, Metall, Kunststoffe, Holz und/oder Papier. Ebenso findet das Verfahren Verwendung zur analytischen Beobachtung von optischen Veränderungen von organischen Schichten in Folge chemischer Reaktionen, z.B. Oxidation und/oder Kristallisation .
Die vorliegende Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf der an- gegebenen Figur näher erläutert, ohne die Erfindung auf die dort verwendeten speziellen Parameter einzuschränken.
Ausführungsbeispiel
In der angegebenen Figur wird beispielhaft eine für das Verfahren verwendete Vorrichtung beschrieben, an der die Ausführung des Bedampfungsschrittes des Verfahrens näher erläutert wird. Dabei wird ein Substrat 1, das auf einer Fixiervorrichtung 2 fixiert ist, in eine Beschichtungskammer 3 eingebracht, an die über einen Vakuumstutzen 4 ein verminderter Druck angelegt werden kann. Weiterhin weist die Beschichtungskammer 3 eine Heizvorrichtung 5 auf. Beispielsweise kann die Heizvorrichtung elektrisch ausgeführt sein und über einen Trafo 7 beheizt werden. Dabei wird ein Tiegel 8 mit der verwendeten organischen Verbindung (in diesem Fall Stearinsäure) in thermischen Kontakt mit der HeizVorrichtung gebracht. Nach Einstellen des Unterdrucks/Vakuums auf 10~2 mbar erfolgt eine Beheizung der organischen Verbindung (z.B. Stearinsäure), durch den angelegten Unterdruck wird der Siedepunkt der organischen Verbindung dabei erniedrigt . Tiegel und Heizer sollten dabei derart beschaffen sein, dass die hiervon abgegebene Wärmestrahlung minimal ist und die Verdampfungstemperatur der organischen Testsubstanz sehr schnell erreicht werden kann. Die organische Verbindung schlägt sich dabei dann auf dem kühlen Substrat durch Kondensations-/Resublimationsvorgänge als homogene Schicht mit gleichmäßiger Dicke ab. Über Verfahren, die mit gelösten organischen Stoffen arbeiten, ist eine derartige Schicht nicht herzustellen. Nach der Beschichtung erfolgt eine Bestrahlung mit einer UV-Lampe mit einem definierten Spektrum (möglichst schmalbandig) und bekannter Intensität (z.B. UVA mit 366 nm und 1,0 mW/cm2) . In definierten Zeitabständen erfolgt die Messung der Schichtmenge der Testsubstanz mit geeigneten optischen Messmethoden. Dies können zum einen Messungen der Absorption im sichtbaren und im infraroten Spektralbereich sein, sowie Messungen der Fluoreszenz oder mittels Spektra- lellipsometrie sein. Im Fall von aufgedampfter Stearinsäure bieten sich optische Streulichtmessungen (Haze) an, da diese bereits für sehr dünne Stearinsäureschichten eine gute Korrelation zur Massenbelegung aufzeigen. Zur Bestimmung dieser Korrelation werden entsprechende Kalibriermessungen durchgeführt. Hierzu dampft man verschiedene Mengen von Stearinsäure auf Glassubstrate und misst das an diesen Proben gestreute Licht. Die Massenbelegung lässt sich aus der Gewichtsdifferenz der Substrate vor und nach der Beschichtung mit einer guten Analysewaage (Messgenauigkeit 1 μg) bestimmen. Wobei sich der Zusammenhang zwischen optischem Haze H und Massenbelegung μ gut durch eine Exponentialfunktion beschreiben lässt (siehe Figur 2 und Gleichung 1) .
H(μ) = Hmax - (Hmax - HSubstrat) ' exp(-B ' μ) (Gl. 1)
Für die konkrete Messung werden nun Hazemessungen an den zu untersuchenden Proben in definierten Zeitabständen durchgeführt. Die zeitliche Entwicklung des Hazewertes H(t) lässt sich ebenfalls durch eine Exponentialfunktion beschreiben (siehe Figur 3 und Gleichung 2) .
H ( t ) = Hmax - (Hmax - H ( t=0 ) ) • exp (R • t) (Gl . 2 ) Definiert man nun eine Abbaurate rD als während der photokatalytischen Reaktion abgebaute Masse m pro Fläche A und Zeit t, so lässt sich diese Abbaurate aus dem Kallibrierparameter B und dem aus der Abbaukurve gewonnenen Fitparameter R durch Gleichung 3 ermitteln.
Ferner lässt sich eine photokatalytische Aktivität p.a. definieren als Zahl Nmoieküi der zerstörten Stearinsäuremoleküle pro Fläche A7 Strahlungsintensität Φ und Zeit t. Diese lässt sich mittels Gleichung 4 aus der Abbaurate rD/ der Strahlungsintensität Φ und der Molekülmasse mmoieküi der Stearinsäure bestimmen.
p.a. = Nmolek'" = ^ (Gl.4)
Φ-A-t mmolekul-Φ
Kennt man die Photonenenergie EPhOton und den chemischen Abbaumechanismus bzw. die Zahl der zum Abbau benötigten zerstörten Bindungen Nx, so lässt sich mit Gleichung 5 darüber hinaus auch eine Quanteneffizienz Q bestimmen, welche definiert ist, als Zahl der zerstörten Bindungen pro auftreffendem Photon.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Quantifizierung der photokatalyti- schen Aktivität einer Oberfläche eines Substrates, bei dem eine in unmittelbarem Kontakt mit der Oberfläche des Substrats stehende thermisch aufgedampfte Schicht, enthaltend mindestens eine das Licht streuende organische Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Fettsäuren und deren Derivaten, mit kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird und durch Streulichtmessung der zeitliche Verlauf der durch photokatalytischen Abbau bedingte Abnahme der Menge der Verbindung bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf das Substrat aufgedampft wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf ein weiteres, für e- lektromagnetische Strahlung im Bereich der optischen Messmethode transparentes Substrat zumindest teilweise aufgebracht wird und dieses weitere Substrat mit der beschichteten Oberfläche des zu messenden Substrats in Kontakt gebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufdampfen unter vermindertem Druck zwischen ICT6 mbar und 10 mbar, bevorzugt zwischen 10'3 mbar und 1 mbar, besonders bevorzugt zwischen 10~3 mbar und 10"1 mbar erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufdampfen bei einer Temperatur erfolgt, die unterhalb der Zersetzungstemperatur der organischen Verbindung liegt .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus verdampfbaren organischen Substanzen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stearinsäure und/oder Methylstearat .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschich- tung erzeugt wird, die eine Dicke von 1 bis 1000 nm, bevorzugt von 50 bis 300 nm besitzt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung der Beschichtung über einen Zeitraum von 1 min bis 48 Std., bevorzugt 10 min bis 12 Std. , besonders bevorzugt 30 min bis 6 Std. erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestrahlung Strahlung einer Wellenlänge zwischen 100 nm und 800 nm, bevorzugt 300 nm und 500 nm, besonders bevorzugt zwischen 360 nm und 420 nm eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung in einer Intensität von 0,1 mW/cm2 bis einschließlich 10 mW/cm2, bevorzugt von 0,5 mW/cm2 bis einschließlich 5 mW/cm2, besonders bevorzugt von 0,8 mW/cm2 bis 1,5 mW/cm2 erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Restmenge im sichtbaren und/oder infraroten Spektralbereich erfolgt.
13. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Quantifizierung photoka- talytischer Aktivität von Substraten.
14. Verwendung nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Trägerstrukturen, die mit TiO2, ZnO, SrTiO3, und/oder K4NbO7 beschichtet sind, Glas, Keramik, Metall, Kunststoffe, Holz und/oder Papier.
15. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur analytischen Beobachtung von optischen Veränderungen von organischen Schichten in Folge chemischer Reaktionen, z.B. Oxida- tion und/oder Kristallisation.
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