Untersuchung und Überwachung von photokatalytischen Materialien (TiO2)

Ziel

Photokatalytische Materialien wie TiO₂ sind beispielsweise für die Reinigung von Industrieabwässern und für die Wasserspaltung von großem Interesse. Die Identifizierung des gerichteten Ladungstransfers ist wichtig für ein tieferes Verständnis der Rolle von Defektzuständen, Defektbändern und Dotierung sowie für die technologische Steuerung.

Lösung

Die SPV-Spektroskopie im Gleichstrom- (Kelvin-Sonde, Messung der Kontaktpotentialdifferenz, DCPD) und Wechselstrommodus (moduliert) liefert Informationen über die bevorzugte gerichtete Ladungstrennung [1] und ermöglicht die Untersuchung des Einflusses der Dotierung auf die Bandkrümmung, Rekombinationsverluste und Scavenger (Einheiten, die Elektronen oder Löcher aufnehmen) an Oberflächen.

Anwendungsbeispiel

Es wurde gezeigt, dass TiO₂ durch thermische Behandlung in reduzierender oder oxidierender Atmosphäre n- und p-dotiert werden kann (Abbildung 1, mehr in [2]). Abbildung 2 zeigt die Abhängigkeit der Defekt- und Bandlückenübergänge in TiO_₂ von der Abscheidetemperatur nach der Abscheidung durch Kaltgasspritzen von TiO_₂-Pulver (mehr dazu in [3]). Die Entwicklung von Defektbändern in TiO_₂, verursacht durch die Einlagerung von Stickstoff, und deren Einfluss auf den Ladungstransfer wurde in [4] untersucht.

Referenzen

[1] Th. Dittrich, S. Fengler, „Oberflächen-Photospannungsanalyse photoaktiver Materialien“, World Scientific, 2020.

[2] M. K. Nowotny et al., „Observation of p-type semiconductivity in titanium dioxide at room temperature“, Materials Letters 64 (2010) 928.

[3] I. Hermann-Geppert et al., „Kaltgasspritz-Elektroden auf TiO_₂-Basis für die photoinduzierte Wasseroxidation“, ECS Transactions 58 (2014) 21.

[4] R. Beranek et al., „Untersuchung der elektronischen Struktur von stickstoffmodifizierten TiO₂-Photokatalysatoren durch Photostrom- und Oberflächenphotospannungsmessungen“, Chem. Phys. 339 (2007) 11.