WO1999033564A1 - Highly porous photocatalyst for utilising visible light - Google Patents

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WO1999033564A1
WO1999033564A1 PCT/EP1998/008055 EP9808055W WO9933564A1 WO 1999033564 A1 WO1999033564 A1 WO 1999033564A1 EP 9808055 W EP9808055 W EP 9808055W WO 9933564 A1 WO9933564 A1 WO 9933564A1
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WO
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photocatalysts
light
visible light
tio
ions
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PCT/EP1998/008055
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Horst Kisch
Christian Lange
Wilhelm F. Maier
Ling Zang
Christian Lettmann
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Studiengesellschaft Kohle Mbh
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/725Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
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    • B01J35/39
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    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20Light-sensitive devices
    • H01G9/2027Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
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    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Definitions

  • the invention relates to photocatalysts, essentially consisting of metal oxides doped with metal ions with special photocatalytic activity, their production and their use with light in the wavelength range of visible light.
  • this catalyst is decomposed during the reaction, a process that can only be partially suppressed by adding hydrogen peroxide (Bruemann, DW; Bockelmann, D .; Goslich, R .; Hilgendorff, M. In Aquatic and Surface Photochemistry; Schut GR ; Zepp, RG; Crosby, DG, Eds .; Lewis Publishers: Boca Raton, 1994, pp349-367.).
  • the photosensitization by a dye is one with a ruthenium (II) bipyridyl complex loaded nanocrstalline TiO 2 electrode (DE 4207659 A1). It is questionable whether the organic ligands are photostable with longer exposure times.
  • Examples of the photocatalytically active Pt-TiO 2 catalyst produced from Na 2 PtCI 6 x 6 H 2 O and titanium isopropoxide show the presence of atomically isolated PtCI 4 units in titanium dioxide.
  • ESCA investigations electron spectroscopy for chemical analysis
  • High-resolution transmission electron microscopic examinations show that the titanium oxide is present as an amorphous material with nanometer-sized crystalline domains enclosed therein, and Pt can be found homogeneously distributed throughout the material.
  • Suitable catalyst materials with a large surface are materials which essentially contain more than 60% a metal oxide or mixtures of metal oxides of titanium, zinc, iron, manganese, molybdenum or tungsten and less than 40% ions from the group Pt, Rh, Contain Mn, Cr, Ru, Ni, Pd, Fe, Co, Ir, Cu, Mo, Zr, Re, Ag, Au and absorb the light in the visible wavelength range.
  • TiO 2 is preferably used as the metal oxide, preferably doped with Pt or Rh.
  • Another embodiment consists of bringing the components together in the aqueous phase, e.g. B. by bringing together Na 2 PtCI 6 as an aqueous solution with a microporous TiO 2 powder.
  • porous titanium oxide can show photocatalytic activity with visible light if, due to the production process of the titanium oxide, 0.01-10% organic fragments or carbon deposits remain in the titanium dioxide.
  • Such a material that is photocatalytically active in visible light is characterized by a yellowish-brownish to black color.
  • the photocatalysts presented therefore work with visible light and are not subject to decomposition.
  • the production is preferably carried out wet-chemically according to a one-step sol-gel process.
  • the process has the advantage that it immediately provides materials with large surfaces and that both the pore size and the concentration of the active centers can be varied within wide limits by the process.
  • Fig. 1 shows the decrease in the 4-chlorophenol concentration when exposed to visible light (455 nm) in the presence of a conventional (Degussa P25) and a new hybrid catalyst.
  • Air purification indoors and outdoors by photocatalytic degradation of pollutants can also be carried out by coating such thin photocatalytically active layer on the interior walls of rooms, exterior walls of buildings including window and roof areas, walkway slabs and road surfaces.
  • the simplicity of manufacturing these photocatalysts and their adhesion to all mineral surfaces should have an advantageous effect.
  • Even when using the materials to purify water, the use of visible light allows much more effective applications: Since water itself is not for UV but for visible light is practically completely permeable, the coverage of the catalysts with water is much less critical than when using UV light according to the conventional technique.
  • the use of the materials as a solar cell to generate electricity from visible light opens up completely new uses for solar cells, because in contrast to silicon, the sol-gel materials presented here as a thin film at low cost on many materials, such as roof tiles, glass panes, building claddings etc. can be applied.
  • the loosely covered sol was now without stirring for a further 6 days and gelled during this time.
  • the gel was left in the hood without a cover for a further 10 days, during which time it hardened and became brittle.
  • the resulting glass was then heated to 65 ° C. at a heating rate of 0.1 ° C./min, held at this temperature for 100 minutes and then heated to 250 ° C. at the same heating speed.
  • the material was kept at this temperature for 5 h and then cooled to room temperature at a cooling rate of 0.5 ° C./min.
  • the loosely covered sol was now without stirring for a further 8 days and gelled during this time.
  • the gelled pieces were placed in a 250 ml autoclave filled and mixed with 5 bar N 2 .
  • the autoclave was heated slowly (1 ° C / min) to 270 ° C, the pressure rising to about 22 bar. After the end temperature had been reached, the autoclave was slowly let down at 0.1 bar / min. The heating was then switched off and, after reaching room temperature, the autoclave was opened and the finished catalyst was removed.
  • the catalyst was prepared as in Example 1, but instead of the metal salt (1 au), any organic compound soluble in EtOH was added to the sol.
  • the gel obtained was then dried in air, preferably under an inert gas, and fired.
  • a black to yellow colored TiO 2 resulted, which can be used analogously to Example 2-7 as a photocatalytically active material in visible light.
  • the catalyst (0.5 g / l) was suspended in an ultrasonic bath for 15 min in 14 ml of a solution of 4-chlorophenol (2.5x10 '4 M). The mixture was then magnetically stirred for 20 min and then exposed to an Osram XBO 150 W xenon lamp for 3 h with further stirring; an edge filter with wavelengths ⁇ > 400 nm and ⁇ > 455 nm ensured the elimination of UV radiation. The degradation of 4-chlorophenol was followed by high pressure liquid chromatography. Tab. 1
  • the glass plate was placed in the cell provided with rubber seals, covered with the redox electrolyte and with the second
  • Indium tin oxide plate tightly sealed. Exposure to visible light leads to the occurrence of photo tension.

Abstract

The invention relates to doped metal oxides with a special photocatalytic activity, a method for producing same and their use. These new materials allow for the utilisation of visible light in photocatalytic applications, including the purification of air and water and the generation of a photocurrent (photovoltaic cell) using light in the wavelength range of visible light.

Description

Hochporöse Photokatalysatoren zur Verwertung von sichtbarem Licht Highly porous photocatalysts for utilizing visible light
Die Erfindung betrifft Photokatalysatoren, im wesentlichen bestehend aus mit Metallionen dotierten Metalioxiden mit besonderer photokatalytischer Aktivität, deren Herstellung und deren Verwendung mit Licht im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts.The invention relates to photocatalysts, essentially consisting of metal oxides doped with metal ions with special photocatalytic activity, their production and their use with light in the wavelength range of visible light.
Der Einsatz von Photokatalysatoren zur umweltfreundlichen Reinigung von Abwasser gewinnt zunehmend an Bedeutung. Bisherige Photokatalysatoren basieren auf der Entwicklung von Titanoxid-Materialien (M.R. Hoffmann, S.T. Martin, W. Choi, D.W. Bahnemann, Chem. Rev. 1995, 95, 69). Diese halbleitenden Materialien erzeugen durch Bestrahlung mit UV-Licht hochaktive Oxidantien auf ihrer Oberfläche und sind dadurch in der Lage, organische Luft- und Wasserinhaltsstoffe ohne zusätzliche äußere Energiequelle oxidativ abzubauen (A.L. Linsebigier, G.Lu, J.T. Yates Jr., Chem. Rev. 1995, 95, 735). Verschiedene Studien berichten über eine erhöhte Photoeffizienz mit abnehmender Teilchengröße (1 nm bis 20 nm), andere Studien berichten, daß die massive Phase aktiver ist als Nanoteilchen (A.J. Hoffmann, E.R. Carraway, M.R. Hoffmann, Environ. Sei. Technol. 1994, 28, 776). Eine Erhöhung der Photokatalyseaktivität von TiO2 wurde durch die Dotierung von TiO2-Partikeln mit verschiedenen Metallionen beobachtet (W. Choi, A. Termin, M.R. Hoffmann, Angew. Chem. 1994, 106,1148), aber diese Materialien zeigen keine Aktivität mit sichtbarem Licht.The use of photocatalysts for the environmentally friendly treatment of wastewater is becoming increasingly important. Previous photocatalysts have been based on the development of titanium oxide materials (MR Hoffmann, ST Martin, W. Choi, DW Bahnemann, Chem. Rev. 1995, 95, 69). These semiconducting materials generate highly active oxidants on their surface by irradiation with UV light and are therefore able to oxidatively decompose organic air and water contents without an additional external energy source (AL Linsebigier, G.Lu, JT Yates Jr., Chem. Rev. 1995, 95, 735). Various studies report increased photoefficiency with decreasing particle size (1 nm to 20 nm), other studies report that the massive phase is more active than nanoparticles (AJ Hoffmann, ER Carraway, MR Hoffmann, Environ. Sei. Technol. 1994, 28, 776). An increase in the photocatalysis activity of TiO 2 was observed by doping TiO 2 particles with different metal ions (W. Choi, A. Termin, MR Hoffmann, Angew. Chem. 1994, 106, 1148), but these materials show no activity visible light.
Die meisten bisher bekannten photokatalytischen Verfahren zur Trinkwasseraufbereitung benötigen ultraviolettes Licht, da TiO2 nur in diesem Spektralgebiet absorbiert ((a) Schiavello, M., Ed. Photocatalysis and Environment; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, 1988. (b) Ollis, D.F.; Al- Ekabi, H., Eds. Photocatalytic Purification and Treatment of Water and Air; Elsevier: Amsterdam, 1993. (c) Fox, M.A.; Dulay, M.T. Chem. Rev. 1993, 93, 341. (d) Legrini, O.; Oliveros, E.; Braun, A.M. Chem. Rev. 1993, 93, 671. (e) Lewis, L.N. Chem. Rev. 1993, 93, 2693. (f) Matthews, R.W. Pure Appl. Chem. 1992, 64, 1285. EP 0633 064 A1). Die Anwendung von solchen Photokatalysatoren benötigt nur schwaches UV-Licht und erlaubt die Reinigung von Wasser, Luft (Environmenta! Photocatalysis for Purification of Air and Water, Part 1. [In: Res. Chem. Intermed., 1997; 23(3), Vinodgopal, K.; Editor, VSP: Utrecht, Neth. 1997). Die Reinigung von Luft mit schwachem UV-Licht läßt sich auch durch das Aufbringen von TiO2-Partikeln auf Papier bewerkstelligen (H. Matsubara, M. Takada, S. Koyama, K. Hashimoto, A. Fujishima, Chem. Leu. 1995, 767).Most of the previously known photocatalytic processes for drinking water treatment require ultraviolet light, since TiO 2 only absorbs in this spectral region ((a) Schiavello, M., Ed. Photocatalysis and Environment; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, 1988. (b) Ollis, DF; Al-Ekabi, H., Eds. Photocatalytic Purification and Treatment of Water and Air; Elsevier: Amsterdam, 1993. (c) Fox, MA; Dulay, MT Chem. Rev. 1993, 93, 341. (d) Legrini, O .; Oliveros, E .; Braun, AM Chem. Rev. 1993, 93, 671. (e) Lewis, LN Chem. Rev. 1993, 93, 2693. (f) Matthews, RW Pure Appl. Chem. 1992, 64, 1285. EP 0633 064 A1). The use of such photocatalysts requires only weak UV light and permits the purification of water and air (Environmenta! Photocatalysis for Purification of Air and Water, Part 1. [In: Res. Chem. Intermed., 1997; 23 (3), Vinodgopal, K .; Editor, VSP: Utrecht, Neth. 1997). Air can be cleaned with weak UV light by applying TiO 2 particles to paper (H. Matsubara, M. Takada, S. Koyama, K. Hashimoto, A. Fujishima, Chem. Leu. 1995, 767).
Größter Nachteil der bisherigen Anwendungen von Photokatalysatoren ist deren Bindung an energiereiches UV-Licht, das sowohl bei zunehmender Bewölkung als auch in Innenräumen nicht in ausreichendem Maße vorhanden ist. Die Entwicklung von photokatalytisch aktiven Materialien mit der Möglichkeit der Verwertung von sichtbarem Licht ist daher von großem technischem Interesse. Dabei nimmt die Photosensibilisierung von Titandioxid durch nachträgliches Dotieren mit Übergangsmetalloxiden oder durch adsorptive oder kovalente Verknüpfung mit Farbstoffen eine herausragende Stellung ein. Ein Beispiel für die erstere Vorgehensweise sind gemischte Titan-Eisenoxid-Kolloide, die den Abbau von Dichloracetat mit sichtbarem Licht ermöglichen. Allerdings wird dieser Katalysator während der Reaktion zersetzt, ein Vorgang, der nur durch Zugabe von Wasserstoffperoxid teilweise unterdrückt werden kann (Bahnemann, D. W.; Bockelmann, D.; Goslich, R.; Hilgendorff, M. In Aquatic and Surface Photochemistry; Heiz, G. R.; Zepp, R. G.; Crosby, D. G., Eds.; Lewis Publishers: Boca Raton, 1994, pp349-367.). Über die Zersetzung von NOx mit sichtbarem Licht wird auch für mit V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni oder Cu mittels Ionenimplantation dotiertem TiO2, SrTiO3> WOx und SiC berichtet (JP 09192496 A2); allerdings ist es nicht erwiesen, ob diese Reaktionen nach einem Halbleitermechanismus verlaufen und ob diese Materialien in einer photoelektrochemischen Zelle zur Erzeugung eines Photostroms fähig sind. Auch über Dotierung von nanokristallinem TiO2 mit zwei- und dreiwertigen Übergangsmetallionen und dessen Einsatz in einer photoelektrochemischen Zelle wurde berichtet (WO 91/16719). Das wichtigste Beispiel für die zweite Vorgehensweise, der Photosensibilisierung durch einen Farbstoff, ist eine mit einem Ruthenium(ll)-Bipyridyl-Komplex beladenene nanokrstalline TiO2- Elektrode (DE 4207659 A1 ). Es ist fraglich, ob bei längeren Belichtungszeiten die organischen Liganden photostabil sind.The greatest disadvantage of the previous applications of photocatalysts is their binding to high-energy UV light, which is not available to a sufficient extent both with increasing cloudiness and indoors. The development of photocatalytically active materials with the possibility of utilizing visible light is therefore of great technical interest. The photosensitization of titanium dioxide by subsequent doping with transition metal oxides or by adsorptive or covalent linkage with dyestuffs plays an outstanding role. An example of the former approach are mixed titanium-iron oxide colloids, which allow the degradation of dichloroacetate with visible light. However, this catalyst is decomposed during the reaction, a process that can only be partially suppressed by adding hydrogen peroxide (Bahnemann, DW; Bockelmann, D .; Goslich, R .; Hilgendorff, M. In Aquatic and Surface Photochemistry; Heiz, GR ; Zepp, RG; Crosby, DG, Eds .; Lewis Publishers: Boca Raton, 1994, pp349-367.). The decomposition of NO x with visible light is also reported for TiO 2 , SrTiO 3> WO x and SiC doped with V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni or Cu (JP 09192496 A2); however, it has not been established whether these reactions proceed according to a semiconductor mechanism and whether these materials are capable of generating a photocurrent in a photoelectrochemical cell. Doping of nanocrystalline TiO 2 with divalent and trivalent transition metal ions and its use in a photoelectrochemical cell has also been reported (WO 91/16719). The most important example of the second approach, the photosensitization by a dye, is one with a ruthenium (II) bipyridyl complex loaded nanocrstalline TiO 2 electrode (DE 4207659 A1). It is questionable whether the organic ligands are photostable with longer exposure times.
Wir haben nun gefunden, daß überraschenderweise hochporöse Sol-Gel- Materialien auf der Basis von Metalloxid, bevorzugt von Titandioxid auch mit sichtbarem Licht photokatalytische Abbaureaktionen und Erzeugung eines Photostroms ermöglichen. Diese photokatalytische Aktivität mit sichtbarem Licht ist an das Vorhandensein von Zweitionen in der porösen Metalloxidmatrix gebunden. Das Material unterscheidet sich von bekannten Materialien vor allem dadurch, daß die Zweitionen nicht nur auf der inneren und äußeren Oberfläche vorhanden sind, sondern einen integralen Anteil des gesamten Materials darstellen. Wichtig ist auch, daß die Dotierung mit den photokatalytischen aktiven Zweitionen integraler Bestandteil der Herstellung ist und nicht nachträglich erfolgt. Untersuchungen der Materialien mit hochauflösender Transmissions-elektronenmikroskopie und Röntgenrückstreuanalyse belegen, daß die photokatalytisch aktiven Ionen gleichmäßig im Material verteilt sind. EXAFS-Untersuchungen (Extended X-ray Adsorption Fine Structure) amWe have now found that, surprisingly, highly porous sol-gel materials based on metal oxide, preferably titanium dioxide, enable photocatalytic degradation reactions and generation of a photocurrent even with visible light. This visible light photocatalytic activity is linked to the presence of second ions in the porous metal oxide matrix. The material differs from known materials primarily in that the second ions are not only present on the inner and outer surface, but represent an integral part of the entire material. It is also important that the doping with the photocatalytic active second ions is an integral part of the production and is not carried out subsequently. Investigations of the materials with high-resolution transmission electron microscopy and X-ray backscatter analysis show that the photocatalytically active ions are evenly distributed in the material. EXAFS investigations (Extended X-ray Adsorption Fine Structure) on
Beispiel des aus Na2PtCI6 x 6 H2O und Titanisopropylat hergestellten photokatalytisch aktiven Pt-TiO2-Katalysator belegen das Vorliegen von atomar isolierten PtCI4-Einheiten im Titandioxid. ESCA-Untersuchungen (Elektronen- Spektroskopie für die chemische Analyse) am gleichen Material bestätigen, daß Pt ausschließlich in lonenform vorliegt. Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen zeigen, daß das Titanoxid als amorphes Material mit darin eingeschlossenen nanometergroßen kristallinen Domänen vorliegt und Pt homogen verteilt im gesamten Material zu finden ist. Untersuchungen mit Ar-Adsorptionsisothermen zeigen, daß diese Materialen durchweg über große Oberflächen (größer als 10, typischerweise 30 bis 1000 m2/g) und damit über eine hohe Porosität (Porengröße > 0,5 nm, typischerweise 0,8 bis 10 nm) verfügen. Diese Eigenschaft ist bedeutend, da durch die große Oberfläche eine besonders effektive Wechselwirkung des Katalysatormaterials mit dem Medium (Luft oder Wasser) sichergestellt ist. Als Katalysatormaterial mit großer Oberfläche kommen Materialien in Frage, die im wesentlichen zu mehr als 60 % ein Metalloxid oder Mischungen von Metalloxiden von Titan, Zink, Eisen, Mangan, Molybdän oder Wolfram und zu weniger als 40% Ionen aus der Gruppe Pt, Rh, Mn, Cr, Ru, Ni, Pd, Fe, Co, Ir, Cu, Mo, Zr, Re, Ag, Au enthalten und die Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich absorbieren. Vorzugsweise wird TiO2 als Metalloxid eingesetzt, dotiert vorzugsweise mit Pt oder Rh.Examples of the photocatalytically active Pt-TiO 2 catalyst produced from Na 2 PtCI 6 x 6 H 2 O and titanium isopropoxide show the presence of atomically isolated PtCI 4 units in titanium dioxide. ESCA investigations (electron spectroscopy for chemical analysis) on the same material confirm that Pt is only in ionic form. High-resolution transmission electron microscopic examinations show that the titanium oxide is present as an amorphous material with nanometer-sized crystalline domains enclosed therein, and Pt can be found homogeneously distributed throughout the material. Studies with Ar adsorption isotherms show that these materials consistently over large surfaces (greater than 10, typically 30 to 1000 m 2 / g) and thus over a high porosity (pore size> 0.5 nm, typically 0.8 to 10 nm) feature. This property is significant because the large surface area ensures a particularly effective interaction of the catalyst material with the medium (air or water). Suitable catalyst materials with a large surface are materials which essentially contain more than 60% a metal oxide or mixtures of metal oxides of titanium, zinc, iron, manganese, molybdenum or tungsten and less than 40% ions from the group Pt, Rh, Contain Mn, Cr, Ru, Ni, Pd, Fe, Co, Ir, Cu, Mo, Zr, Re, Ag, Au and absorb the light in the visible wavelength range. TiO 2 is preferably used as the metal oxide, preferably doped with Pt or Rh.
Erfolgt die Dotierung mit den photokatalytischen Zweitionen nicht im Rahmen der Herstellung durch den Sol-Gel-Prozeß, sondern nachträglich durch Verreiben, so wird ebenfalls photokatalytische Aktivität festgestellt, sie ist allerdings geringer und zeitlich weniger stabil. Eine weitere Ausführungsform besteht im Zusammenbringen der Komponenten in wässriger Phase, z. B. indem man Na2PtCI6 als wässrige Lösung mit einem mikroporösen TiO2-Pulver zusammenbringt.If the doping with the photocatalytic second ions is not carried out in the course of production by the sol-gel process, but subsequently by trituration, then photocatalytic activity is also found, but it is less and less stable over time. Another embodiment consists of bringing the components together in the aqueous phase, e.g. B. by bringing together Na 2 PtCI 6 as an aqueous solution with a microporous TiO 2 powder.
Darüber hinaus kann selbst in Abwesenheit einer zweiten Metallkomponente poröses Titanoxid photokatalytische Aktivität mit sichtbarem Licht zeigen, wenn bedingt durch den Herstellungsprozeß des Titanoxids 0,01 -10 % organische Fragmente oder Kohlenstoffeinlagerungen im Titandioxid zurückbleiben. Ein solches im sichtbaren Licht photokatalytisch aktives Material zeichnet sich durch eine gelblich-bräunliche bis schwarze Färbung aus.In addition, even in the absence of a second metal component, porous titanium oxide can show photocatalytic activity with visible light if, due to the production process of the titanium oxide, 0.01-10% organic fragments or carbon deposits remain in the titanium dioxide. Such a material that is photocatalytically active in visible light is characterized by a yellowish-brownish to black color.
Die vorgestellten Photokatalysatoren arbeiten also mit sichtbarem Licht, und unterliegen keiner Zersetzung. Die Herstellung erfolgt vorzugsweise naßchemisch nach einem einstufigen Sol-Gel-Verfahren. Das Verfahren hat den Vorteil, daß es sofort Materialien mit großen Oberflächen liefert und daß sich sowohl die Porengröße als auch die Konzentration der aktiven Zentren in weiten Grenzen durch das Verfahren variieren lassen.The photocatalysts presented therefore work with visible light and are not subject to decomposition. The production is preferably carried out wet-chemically according to a one-step sol-gel process. The process has the advantage that it immediately provides materials with large surfaces and that both the pore size and the concentration of the active centers can be varied within wide limits by the process.
Da phenolische Verbindungen in vielen Gewässern als Verunreinigungen vorkommen, wird im folgenden der Abbau von 4-Chlorphenol (Hoffmann, M.R.; Martin, S.T.; Choi, W.; Bahnemann, D.W. Chem. Rev. 1995, 95, 69.) nach dem neuen Verfahren an Hand von einigen typischen Beispielen beschrieben. Die solare Reinigung von Luft wird durch den Abbau von Acetaldhyd und Ethylmercaptan dokumentiert. In Abb.1 ist die Abnahme der 4-Chlorphenol- Konzentration beim Belichten mit sichtbarem Licht ( 455 nm) in Gegenwart eines herkömmlichen (Degussa P25) und eines neuartigen Hybridkatalysators dargestellt.Since phenolic compounds occur in many waters as impurities, the breakdown of 4-chlorophenol (Hoffmann, MR; Martin, ST; Choi, W .; Bahnemann, DW Chem. Rev. 1995, 95, 69.) is based on the new one The process is described using some typical examples. The Solar air purification is documented by the breakdown of acetaldehyde and ethyl mercaptan. Fig. 1 shows the decrease in the 4-chlorophenol concentration when exposed to visible light (455 nm) in the presence of a conventional (Degussa P25) and a new hybrid catalyst.
Diese neuen Photokatalysatoren ermöglichen die wesentlich effektivere Nutzung der Sonnenenergie und des sichtbaren Lichtes in geschlossenen Räumen zur Reinigung von Luft und Wasser und zur Erzeugung von elektrischem Strom. Ein großer Vorteil ist hier die optische Transparenz des als Basismaterials verwendeten Metalloxids, z. B. TiO2, die eine wesentlich größere Eindringtiefe des einfallenden Lichtes in das Material und damit eine effektivere Nutzung der vorhandenen aktiven Zentren ermöglicht. Durch die Verwendung von Tapeten, die mit diesem Photokatalysator versetzt wurden, ist eine effiziente Reinigung der Raumluft während der gesamten Nutzungszeit denkbar, hier ist besonders die Reinigung der Luft in der Gegenwart von Rauchern, die Entfernung von Allergenen in Räumen mit Kranken oder Allergikern, die Reinigung in stark genutzen Räumen wie Gaststätten, Großraumbüros, Produktionsbetrieben, bei Versammlungen und Vorträgen, in Schulklassenräumen, und vielen anderen sinnvollen Anwendungen möglich. Da sichtbares Licht für Tapeten wesentlich unschädlicher ist als UV-Licht, sollte sich die Verwendung der hier vorgestellten Katalysatoren nicht nur auf die Effektivität der Reinigung durch die Verwendung von sichtbarem Licht, sondern auch auf die Wirkungsdauer und Haltbarkeit solcher Anwendungen auswirken. Luftreinigung im Innen- und Außenbereich durch photokatalytischen Abbau von Schadstoffen kann auch durchgeführt werden, indem man Innenwände von Räumen, Außenwände von Gebäuden inklusive Fensterflächen und Dachflächen, Gehwegplatten und Straßenbeläge mit einer solchen dünnen photokatalytisch aktiven Schicht überzieht. Gerade bei derartigen Anwendungen sollte sich die Einfachheit der Herstellung dieser Photokatalysatoren und deren Haftung auf allen mineralischen Flächen vorteilhaft auswirken. Auch beim Einsatz der Materialien zur Reinigung von Wasser erlaubt die Verwertung von sichtbarem Licht wesentlich effektivere Anwendungen: Da Wasser selbst zwar nicht für UV- aber für sichtbares Licht praktisch vollständig durchlässig ist, ist die Bedeckung der Katalysatoren mit Wasser wesentlich weniger kritisch als beim Einsatz von UV-Licht nach der herkömmlichen Technik. Der Einsatz der Materialien als Solarzelle zur Gewinnung von Strom aus sichtbarem Licht eröffnet völlig neue Einsatzmöglichkeiten von Solarzellen, da im Gegensatz zu Silizium die hier vorgestellten Sol-Gel-Materialien als dünner Film zu niedrigen Kosten auf viele Materialien, wie z.B. Dachziegel, Glasscheiben, Gebäudeverkleidungen usw. aufgebracht werden können.These new photocatalysts enable the much more effective use of solar energy and visible light in closed rooms to purify air and water and to generate electricity. A great advantage here is the optical transparency of the metal oxide used as the base material, e.g. B. TiO 2 , which allows a much greater depth of penetration of the incident light into the material and thus a more effective use of the existing active centers. Through the use of wallpapers, which have been mixed with this photocatalyst, an efficient cleaning of the room air is conceivable during the entire period of use, especially the cleaning of the air in the presence of smokers, the removal of allergens in rooms with sick or allergy sufferers Cleaning in heavily used rooms such as restaurants, open-plan offices, production facilities, at meetings and lectures, in school classrooms, and many other useful applications possible. Since visible light is much less harmful to wallpapers than UV light, the use of the catalysts presented here should not only affect the effectiveness of cleaning by using visible light, but also the effectiveness and durability of such applications. Air purification indoors and outdoors by photocatalytic degradation of pollutants can also be carried out by coating such thin photocatalytically active layer on the interior walls of rooms, exterior walls of buildings including window and roof areas, walkway slabs and road surfaces. In such applications in particular, the simplicity of manufacturing these photocatalysts and their adhesion to all mineral surfaces should have an advantageous effect. Even when using the materials to purify water, the use of visible light allows much more effective applications: Since water itself is not for UV but for visible light is practically completely permeable, the coverage of the catalysts with water is much less critical than when using UV light according to the conventional technique. The use of the materials as a solar cell to generate electricity from visible light opens up completely new uses for solar cells, because in contrast to silicon, the sol-gel materials presented here as a thin film at low cost on many materials, such as roof tiles, glass panes, building claddings etc. can be applied.
Beispiel 1 a - u, KatalysatorherstellungExample 1 a - u, catalyst preparation
Herstellung der metallhaltigen TiO2-Katalysatoren 1 a-1t:Preparation of the metal-containing TiO 2 catalysts 1 a-1t:
In einem mit Parafilm abgedeckten Becherglas (mit Argon gespült) wurden 2,4 ml Titanisopropoxid (8,1 mmol) mit 8 ml trockenem Ethanol vermischt. Nach 30 min wurden unter Rühren 20 μl 8N HCI zugegeben. Nach 2 Minuten wurden 20 μl konz. HCI zugetropft. Nach weiteren 5 min werden 60 μl konz. HCI zugegeben. Abschließend wurden nach einer Wartezeit von 10 min 60 μl konz. HCI zu der Mischung gegeben. Unter Rühren wurden weitere 2 ml Ethanol zugegeben. Die gelbliche, klare Mischung wurde mit der Metallsalzlösung (siehe unten) versetzt und die Mischung für einige Stunden (12h) gerührt. Das lose abgedeckte Sol stand nun für weitere 6 Tage ohne Rühren und gelierte während dieser Zeit. Zur milden Vortrocknung ließ man das Gel ohne Abdeckung für weitere 10 Tage im Abzug stehen, wobei es aushärtete und spröde wurde. Das so entstandene Glas wurde nun mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 0,1 °C/min auf 65 °C erhitzt, bei dieser Temperatur 100 min gehalten und mit der gleichen Aufheizgeschwindigkeit anschließend auf 250 °C erhitzt. Bei dieser Temperatur hielt man das Material für 5 h und kühlte danach mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 0,5 °C/min auf Raumtemperatur ab.In a beaker covered with parafilm (flushed with argon), 2.4 ml of titanium isopropoxide (8.1 mmol) were mixed with 8 ml of dry ethanol. After 30 min, 20 μl of 8N HCl were added with stirring. After 2 minutes, 20 ul conc. HCI added dropwise. After a further 5 min, 60 ul conc. HCI added. Finally, after a waiting time of 10 min, 60 μl conc. HCI added to the mixture. A further 2 ml of ethanol were added with stirring. The yellowish, clear mixture was mixed with the metal salt solution (see below) and the mixture was stirred for a few hours (12 h). The loosely covered sol was now without stirring for a further 6 days and gelled during this time. For mild predrying, the gel was left in the hood without a cover for a further 10 days, during which time it hardened and became brittle. The resulting glass was then heated to 65 ° C. at a heating rate of 0.1 ° C./min, held at this temperature for 100 minutes and then heated to 250 ° C. at the same heating speed. The material was kept at this temperature for 5 h and then cooled to room temperature at a cooling rate of 0.5 ° C./min.
Zur Darstellung verschiedener metallhaltiger Katalysatoren wurden die folgenden Metallsalzmengen in 5 ml Ethanol gelöst (Metallsalzlösungen): a) 0,5 wt% Pt/TiO2: 9,5 mg Na2PtCI6x6H2O = 1 ,7 x10'5 mol b) 0,7 wt% Pt/TiO2: 13,4 mg Na2PtCI6x6H2O = 2,38 x 10"5 mol c) 1 ,1 wt% Pt/TiO2: 21 mg Na2PtCI6x6H2O = 3,73 x 10"5 mol d) 2,0 wt% Pt/TiO2: 38,1 mg Na2PtCI6x6H2O = 6,78 x 10* mol e) 3,0 wt% Pt/TiO2: 57,2 mg Na2PtCI6x6H2O = 1 ,02 x 10"4 mol f) 4 wt% Pt/TiO2: 76,4 mg Na2PtCI6x6H2O = 1 ,36 x 10"4 mol g) 5 wt% Pt/TiO2: 96 mg Na2PtCI6x6H2O = 1,71 x 10"4 mol h) 1 wt % CrTiO2: 44,34 mg Cr(acac)3= 1 ,27 10"4 mol i) 1 wt% Mn/ TiO2: 32,2 mg Mn(Oac)3 = 1 ,2 10"4 mol j) 1 wt% Fe/ TiO2: 45,2 mg Fe(NO3)3x9 H2O = 1 ,18 x 10"4 mol k) 1 wt% Ru/ TiO2: 26 mg Ru(acac)2= 6,52x10"5 molTo prepare various metal-containing catalysts, the following amounts of metal salt were dissolved in 5 ml of ethanol (metal salt solutions): a) 0.5 wt% Pt / TiO 2 : 9.5 mg Na 2 PtCI 6 x6H 2 O = 1.7 x 10 '5 mol b) 0.7 wt% Pt / TiO 2 : 13.4 mg Na 2 PtCI 6 x6H 2 O = 2.38 x 10 "5 mol c) 1.1 wt% Pt / TiO 2 : 21 mg Na 2 PtCI 6 x6H 2 O = 3.73 x 10 " 5 mol d) 2.0 wt% Pt / TiO 2 : 38.1 mg Na 2 PtCI 6 x6H 2 O = 6.78 x 10 * mol e) 3.0 wt% Pt / TiO 2 : 57.2 mg Na 2 PtCI 6 x6H 2 O = 1, 02 x 10 "4 mol f) 4 wt% Pt / TiO 2 : 76.4 mg Na 2 PtCI 6 x6H 2 O = 1.36 x 10 " 4 mol g) 5 wt% Pt / TiO 2 : 96 mg Na 2 PtCI 6 x6H 2 O = 1.71 x 10 "4 mol h) 1 wt% CrTiO 2 : 44.34 mg Cr (acac) 3 = 1.27 10 " 4 mol i) 1 wt% Mn / TiO 2 : 32 , 2 mg Mn (Oac) 3 = 1.2 10 "4 mol j) 1 wt% Fe / TiO 2 : 45.2 mg Fe (NO 3 ) 3 x9 H 2 O = 1.18 x 10 " 4 mol k ) 1 wt% Ru / TiO 2 : 26 mg Ru (acac) 2 = 6.52x10 "5 mol
I) 1 wt% Co/ TiO2: 32,2 mg CoCI2x6 H2O = 1 ,35x10"4 mol m) 1 wt% Rh/ TiO2: 13,4 mg RhCI3 = 6,41 x10"5 mol n) 1 wt % lr/ TiO2: 11 ,46 mg lrCI4 = 3,43x10"5 mol o) 1 wt% Ni/ TiO2: 26,7 mg NiCI2x6 H2O = 1 ,12x104 mol p) 1 wt% Pd/ TiO2: 54,9 mg PdCI2 = 3,1x104 mol q) 1 wt% Cu/ TiO2: 27,2 Cu(acac)2 = 1 ,04x10"4 mol r) 1 wt% Ag/ TiO2: 10,4 mg AgNO3 = 6,12x10"5 mol s) 1 wt% Au/ TiO2: 10,16 mg AuCI3 = 3,5x10"5 mol t) 1 wt% Zn/ TiO2: 13,8 mg ZnCI2= 1 ,01x10"4 molI) 1 wt% Co / TiO 2 : 32.2 mg CoCI 2 x6 H 2 O = 1.35x10 "4 mol m) 1 wt% Rh / TiO 2 : 13.4 mg RhCI 3 = 6.41 x10 " 5 mol n) 1 wt% lr / TiO 2 : 11.46 mg lrCI 4 = 3.43x10 "5 mol o) 1 wt% Ni / TiO 2 : 26.7 mg NiCl 2 x6 H 2 O = 1, 12x10 4 mol p) 1 wt% Pd / TiO 2 : 54.9 mg PdCI 2 = 3.1x10 4 mol q) 1 wt% Cu / TiO 2 : 27.2 Cu (acac) 2 = 1, 04x10 "4 mol r) 1 wt% Ag / TiO 2 : 10.4 mg AgNO 3 = 6.12x10 "5 mol s) 1 wt% Au / TiO 2 : 10.16 mg AuCI 3 = 3.5x10 " 5 mol s) 1 wt% Zn / TiO 2 : 13.8 mg ZnCl 2 = 1.01x10 "4 mol
Beispiel 1 u:Example 1 u:
Herstellung der metallhaltigen TiO2-Katalysatoren (überkritische Trocknung): In einem mit Parafilm abgedeckten Becherglas (mit Argon gespült) wurden 2,4 ml Titanisopropoxid (8,1 mmol) mit 8 ml trockenem Ethanol vermischt. Nach 30 min wurden unter Rühren 20 μl 8N HCI zugegeben. Nach 2 Minuten werden 20 μl konz. HCI zugetropft. Nach weiteren 5 min wurden 60 μl konz. HCI zugegeben. Abschließend wurden nach einer Wartezeit von 10 min 60 μl konz. HCI zu der Mischung gegeben. Unter Rühren wurden weitere 2 ml Ethanol zugegeben. Die gelbliche, klare Mischung wurde mit der Metall-salzlösung (siehe unten) versetzt und die Mischung für einige Stunden (12h) gerührt. Das lose abgedeckte Sol stand nun für weitere 8 Tage ohne Rühren und gelierte während dieser Zeit. Die gelierten Stücke wurden in einen 250 ml Autoklaven gefüllt und mit 5 bar N2 versetzt. Der Autoklav wurde langsam (1 °C / min) auf 270 °C aufgeheizt, wobei der Druck auf etwa 22 bar anstieg. Nach Erreichen der Endtemperatur wurde der Autoklav mit 0,1 bar/min langsam entspannt. Danach wurde die Heizung abgestellt und nach Erreichen der Raumtemperatur wurde der Autoklav geöffnet und der fertige Katalysator entnommen.Production of the metal-containing TiO 2 catalysts (supercritical drying): 2.4 ml of titanium isopropoxide (8.1 mmol) were mixed with 8 ml of dry ethanol in a beaker covered with parafilm (flushed with argon). After 30 min, 20 μl of 8N HCl were added with stirring. After 2 minutes, 20 ul conc. HCI added dropwise. After a further 5 min, 60 ul conc. HCI added. Finally, after a waiting time of 10 min, 60 μl conc. HCI added to the mixture. A further 2 ml of ethanol were added with stirring. The yellowish, clear mixture was mixed with the metal salt solution (see below) and the mixture was stirred for a few hours (12 h). The loosely covered sol was now without stirring for a further 8 days and gelled during this time. The gelled pieces were placed in a 250 ml autoclave filled and mixed with 5 bar N 2 . The autoclave was heated slowly (1 ° C / min) to 270 ° C, the pressure rising to about 22 bar. After the end temperature had been reached, the autoclave was slowly let down at 0.1 bar / min. The heating was then switched off and, after reaching room temperature, the autoclave was opened and the finished catalyst was removed.
Beispiel 1v:Example 1v:
Alternative Herstellung der metallhaltigen TiO2-Katalysatoren (physikalische Mischung): Ein analog Beispiel 1 oder 1 u, aber ohne Metallsalzzusatz hergestelltes poröses TiO2 wurde mit dem Metallsalz der Wahl (1 a-t) gemischt und vorzugsweise im Mörser zerrieben. Das so entstandene Material ließ sich als Photokatalysator analog Beispiel 2-7 einsetzen.Alternative preparation of the metal-containing TiO 2 catalysts (physical mixture): A porous TiO 2 produced analogously to Example 1 or 1 u but without metal salt addition was mixed with the metal salt of choice (1 atom) and preferably ground in a mortar. The resulting material could be used as a photocatalyst analogous to Example 2-7.
Beispiel 1 w:Example 1 w:
Analog Beispiel 1v. Das Metallsalz wurde nicht zerrieben, sondern im mit dem pulverförmigen TiO2 versetzten Wasser gelöst. Analog Beispiel 2-7 ließ sich eine photokatalytische Aktivität erkennen.Analogous to example 1v. The metal salt was not ground, but dissolved in the water mixed with the powdered TiO 2 . Analogous to Example 2-7, a photocatalytic activity could be seen.
Beispiel 1 x:Example 1 x:
Der Katalysator wurde analog Beispiel 1 hergestellt, aber anstatt des Metallsalzes (1 a-u), eine beliebige, in EtOH lösliche organische Verbindung dem Sol zugesetzt. Das erhaltene Gel wurde nun an Luft, vorzugsweise unter Inertgas, getrocknet und gebrannt. Es entstand ein schwarz bis gelb gefärbtes TiO2, welches analog Beispiel 2-7 als im sichtbaren Licht photokatalytisch aktives Material eingesetzt werden kann.The catalyst was prepared as in Example 1, but instead of the metal salt (1 au), any organic compound soluble in EtOH was added to the sol. The gel obtained was then dried in air, preferably under an inert gas, and fired. A black to yellow colored TiO 2 resulted, which can be used analogously to Example 2-7 as a photocatalytically active material in visible light.
Beispiel 2:Example 2:
In 14 ml einer Lösung von 4-Chlorphenol (2,5x10'4 M) wurde der Katalysator (0,5 g/l) im Ultraschallbad 15 min suspendiert. Danach wurde 20 min magnetisch gerührt und anschließend unter weiterem Rühren 3 h mit einer Osram XBO 150 W Xenonlampe belichtet; ein Kantenfilter der Wellenlänge λ> 400 nm und λ> 455 nm sorgte für die Eliminierung der UV-Strahlung. Der Abbau von 4- Chlorphenol wurde mittels Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie verfolgt. Tab. 1The catalyst (0.5 g / l) was suspended in an ultrasonic bath for 15 min in 14 ml of a solution of 4-chlorophenol (2.5x10 '4 M). The mixture was then magnetically stirred for 20 min and then exposed to an Osram XBO 150 W xenon lamp for 3 h with further stirring; an edge filter with wavelengths λ> 400 nm and λ> 455 nm ensured the elimination of UV radiation. The degradation of 4-chlorophenol was followed by high pressure liquid chromatography. Tab. 1
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a) Unter vergleichbaren Belichtungsbedingungen. b) λ> 400 nm. c) λ> 455 nm. d) Im diffusen Sonnenlicht, klarer Himmel. e) im diffusen Sonnenlicht, bewölkt Himmel. a ) Under comparable exposure conditions. b) λ> 400 nm. c) λ> 455 nm. d) In diffuse sunlight, clear sky. e) in diffuse sunlight, cloudy sky.
Beispiel 3:Example 3:
Wie Beispiel 2 aber es wurde ein Kantenfilter λ> 335 nm eingesetzt.Like example 2, but an edge filter λ> 335 nm was used.
Tab. 2Tab. 2
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a) Unter vergleichbaren Belichtungsbedingungen. Beispiel 4:a) Under comparable exposure conditions. Example 4:
Wie Beispiel 2, Nr. 3. Nach 6 h Belichtung wurde TiO Pt abfiltriert, mit H2O gewaschen und neuerlich als Photokatalysator eingesetzt. Die Reaktionsgeschwindigkeit betrug jetzt 90 % der ursprünglichen.As example 2, no. 3. After exposure for 6 h, TiO Pt was filtered off, washed with H 2 O and used again as a photocatalyst. The reaction rate was now 90% of the original.
Beispiel 5:Example 5:
Wie Beispiel 3, jedoch wurde die Suspension am 6. und 7. Oktober 1997 jeweils von 11.30 Uhr bis 16.30 Uhr im diffusen Sonnenlicht in einem Glaskolben (λ> 320 nm) gerührt (siehe Tab.1 ). (6. Oktober: klarer Himmel; 7. Oktober: bewölkt). Der Abbau betrug dabei 100 bzw. 69 % (Tab. 1 , Beispiel 5 u. 8).Like example 3, but on 6 and 7 October 1997 the suspension was stirred in a glass flask (λ> 320 nm) in diffuse sunlight from 11:30 a.m. to 4:30 p.m. (see Table 1). (October 6: clear sky; October 7: cloudy). The degradation was 100 or 69% (Tab. 1, Example 5 and 8).
Beispiel 6:Example 6:
Die Messung der scheinbaren Quantenausbeute für den Abbau von 4- Chlorphenol bei den verschiedenen Wellenlängen (335, 366, 400, 436, 546 nm) wurde mit einem elektronisch integrierenden Aktinometer durchgeführt. 3.0 ml einer Suspension von TiO Pt (0.25 g I"1 ), welche 4-Chlorphenol in einer Konzentration von 2.5x10"5 M enthielt, wurden 15 min im Ultraschallbad behandelt und anschließend in die Substanzküvette transferiert. Eine SiO2- Suspension mit den gleichen Lichtstreueigenschaften wie TiO^Pt wurde in die Lösungsmittelküvette gefüllt und beide Küvetten wurden magnetisch gerührt. Alle Messungen wurden bei 25 °C durchgeführt.The measurement of the apparent quantum yield for the degradation of 4-chlorophenol at the different wavelengths (335, 366, 400, 436, 546 nm) was carried out with an electronically integrating actinometer. 3.0 ml of a suspension of TiO Pt (0.25 g I "1 ), which contained 4-chlorophenol in a concentration of 2.5x10 " 5 M, were treated in an ultrasonic bath for 15 min and then transferred to the substance cuvette. An SiO 2 suspension with the same light scattering properties as TiO ^ Pt was filled into the solvent cell and both cells were magnetically stirred. All measurements were carried out at 25 ° C.
Tab. 3Tab. 3
Wavelength (nm) 335 366 400 436 546Wavelength (nm) 335 366 400 436 546
Quantum Yield (x10"3) 8.6 4.5 2.7 1 .5 1.3Quantum Yield (x10 "3 ) 8.6 4.5 2.7 1 .5 1.3
Beispiel 7:Example 7:
In einer konventionellen photoelektrochemischen Zelle (3-Elektrodenaufbau) wird eine mit TiO Pt beschichtete (Schichtdicke etwa 3 μm) Indiumzinnoxid- Elektrode von der Rückseite mit Licht verschiedener Wellenlänge belichtet und der entstandene Strom gemessen (Tab.4). Tab. 4: Aktionsspektrum des Photostroms von Degussa-P25 und Hybridkatalysator TiO PtIn a conventional photoelectrochemical cell (3-electrode structure), an indium tin oxide electrode coated with TiO Pt (layer thickness approx. 3 μm) is exposed from the back with light of different wavelengths and the resulting current is measured (Tab. 4). Tab. 4: Action spectrum of the Degussa-P25 photocurrent and TiO Pt hybrid catalyst
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Beispiel 8:
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Example 8:
Aufbau einer photovoltaischen Zelle zur Stromerzeugung.Construction of a photovoltaic cell for power generation.
Zur Herstellung der Photolektrode wurde eine wässrige Paste des KatalysatorsAn aqueous paste of the catalyst was used to produce the photoelectrode
(1 c) auf Indiumzinnoxid-Glas aufgebracht und 30 min bei 140 °C getrocknet.(1 c) applied to indium tin oxide glass and dried at 140 ° C. for 30 min.
Das Glasplättchen wurde in die mit Gummidichtungen versehene Zelle eingebracht, mit dem Redoxelektrolyten überschichtet und mit der zweitenThe glass plate was placed in the cell provided with rubber seals, covered with the redox electrolyte and with the second
Indiumzinnoxidplatte dicht verschlossen. Belichtung mit sichtbarem Licht führt zum Auftreten einer Photospannung. Indium tin oxide plate tightly sealed. Exposure to visible light leads to the occurrence of photo tension.

Claims

Patentansprüche claims
1. Photokatalysatoren, die eine Absorption im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes (380-780 nm) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen zu mindestens 60 mol% aus einem Oxid von Titan, Zink, Eisen, Mangan, Molybdän oder Wolfram oder aus Mischungen solcher Oxide bestehen, und zu weniger als 40 mol% aus einem oder mehreren Ionen, ausgewählt aus der Gruppe Pt, Rh, Mn, Cr, Ru, Ni, Pd, Fe, Co, Ir, Cu, Mo, Zr, Re, Ag, Au in Form ihrer Oxide oder Halogenide.1. Photocatalysts which have an absorption in the wavelength range of visible light (380-780 nm), characterized in that they consist essentially of at least 60 mol% of an oxide of titanium, zinc, iron, manganese, molybdenum or tungsten or of mixtures such oxides consist, and less than 40 mol% of one or more ions, selected from the group Pt, Rh, Mn, Cr, Ru, Ni, Pd, Fe, Co, Ir, Cu, Mo, Zr, Re, Ag , Au in the form of their oxides or halides.
2. Photokatalysatoren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, daß sie porös sind, wobei die Porosität größer 5 % und die Gesamtoberfläche größer als 10 m2/g nach BET ist.2. Photocatalysts according to claim 1, characterized in that they are porous, the porosity being greater than 5% and the total surface area being greater than 10 m 2 / g according to BET.
3. Photokatalysatoren nach Anspruch 1-2 mit Ti02 als Metalloxid.3. Photocatalysts according to claim 1-2 with Ti0 2 as the metal oxide.
4. Photokatalysatoren nach Anspruch 1-3 mit Pt- oder Rh-Ionen.4. Photocatalysts according to claims 1-3 with Pt or Rh ions.
5. Photokatalysatoren nach Anspruch 1 -4 mit einer Gesamtoberfläche5. Photocatalysts according to claim 1 -4 with a total surface
2 zwischen 30 und 1000 m /g nach BET.2 between 30 and 1000 m / g according to BET.
6. Photokatalysatoren nach Anspruch 1-5 mit einem Porendurchmesser zwischen 0,8 und 4 nm.6. Photocatalysts according to claims 1-5 with a pore diameter between 0.8 and 4 nm.
7. Photokatalysatoren, die eine Absorption im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes (380-780 nm) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus einem Oxid von Titan, Zink, Eis'en, Mangan, Molybdän oder Wolfram oder aus Mischungen solcher Oxide bestehen und 0,01 -10 % Kohlenstoff in Form von organischen Fragmenten oder Kohlenstoffeinlagerungen enthalten. 7. Photocatalysts which have an absorption in the wavelength range of visible light (380-780 nm), characterized in that they consist essentially of an oxide of titanium, zinc, iron, manganese, molybdenum or tungsten or mixtures of such oxides and contain 0.01-10% carbon in the form of organic fragments or carbon inclusions.
8. Verfahren zur Herstellung von Photokatalysatoren gemäß Anspruch 1 durch katalysierte Polymerisation oder Polykondensation hydrolisierbarer löslicher Verbindungen der in Anspruch 1 angegebenen Elemente, vorzugsweise reine Alkoxy-, gemischte Alkoxy-, Alkoxyoxo-, oder Acetylacetonat-Derivate oder Chloride, Nitrate, Citrate oder andere Carboxylate der gewählten Elemente, in einem Sol-Gel-Verfahren gefolgt von mildem Trocknen und langsamem Kalzinieren.8. A process for the preparation of photocatalysts according to claim 1 by catalyzed polymerization or polycondensation of hydrolyzable soluble compounds of the elements specified in claim 1, preferably pure alkoxy, mixed alkoxy, alkoxyoxo, or acetylacetonate derivatives or chlorides, nitrates, citrates or other carboxylates of the chosen elements, in a sol-gel process followed by mild drying and slow calcining.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Trocknen und das Kalzinieren langsam unter Normaldruck erfolgen.9. The method according to claim 8, wherein the drying and calcining are carried out slowly under normal pressure.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Trocknen und das Kalzinieren unter überkritischen Bedingungen erfolgen.10. The method according to claim 8, wherein the drying and calcining take place under supercritical conditions.
1 1 . Verfahren zur Herstellung von Photokatalysatoren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eines der in Anspruch 1 angegebenen Ionen in Form eines Salzes durch physikalisches Verreiben mit porösem Titanoxid vermischt wird.1 1. Process for the preparation of photocatalysts according to claim 3, characterized in that one of the ions specified in claim 1 is mixed in the form of a salt by physical trituration with porous titanium oxide.
12. Verfahren zur Herstellung von Photokatalysatoren gemäß Ansprüchen 1 -2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der in Anspruch 1 angegebenen Ionen in Form einer wässerigen Lösung einem der im Anspruch 1 angegebenen Metalloxide oder einer Mischung solcher Metalloxide zugesetzt wird.12. A process for the preparation of photocatalysts according to claims 1-2, characterized in that one of the ions specified in claim 1 is added in the form of an aqueous solution to one of the metal oxides specified in claim 1 or a mixture of such metal oxides.
13. Verwendung von Photokatalysatoren zum photokatalytischen Schadstoffabbau in Luft oder Wasser durch Einwirkung von Licht dadurch gekennzeichnet, daß Licht auf Photokatalysatoren gemäß Ansprüchen 1-7 einwirkt.13. Use of photocatalysts for photocatalytic degradation of pollutants in air or water by the action of light, characterized in that light acts on photocatalysts according to claims 1-7.
14. Verwendung nach Anspruch 13, wobei der Katalysator auf einen Träger aufgetragen wird.14. Use according to claim 13, wherein the catalyst is applied to a support.
15. Verwendung nach Anspruch 14, wobei der Träger Glas, Keramik, Papier, Mörtel, Zement, Holz, Kunststoff oder Naturstoff ist. 15. Use according to claim 14, wherein the carrier is glass, ceramic, paper, mortar, cement, wood, plastic or natural material.
16. Verwendung nach Ansprüchen 13-15, wobei als Licht solches im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes verwendet wird.16. Use according to claims 13-15, wherein such light is used in the wavelength range of visible light.
17. Verwendung nach Ansprüchen 13-16, wobei als Licht Sonnenlicht verwendet wird.17. Use according to claims 13-16, wherein sunlight is used as light.
18. Verwendung nach Ansprüchen 13-16, wobei als Licht künstliches Licht verwendet wird.18. Use according to claims 13-16, wherein artificial light is used as light.
19. Verwendung von Photokatalysatoren zur Gewinnung von Photostrom nach dem Prinzip einer photoelektrochemischen Solarzelle, dadurch gekennzeichnet, daß Photokatalysatoren gemäß Ansprüchen 1-7 in Form einer photoaktiven Schicht verwendet werden. 19. Use of photocatalysts for obtaining photocurrent according to the principle of a photoelectrochemical solar cell, characterized in that photocatalysts according to claims 1-7 are used in the form of a photoactive layer.
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