EP2162215A2 - Partikel bzw. beschichtung zur spaltung von wasser - Google Patents
Partikel bzw. beschichtung zur spaltung von wasserInfo
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Definitions
- the invention relates to particles or a coating for splitting water.
- Examples of these are CdS, TiO 2 , which are doped with metals.
- the problem here is that the particles are corroded or decompose by their own highly active cleavage products. This significantly reduces the high initial yields within a very short time.
- the core forms a reactive unit and consists of a material that releases electrons when energy input by sunlight electrons, which are able to split water into hydrogen and oxygen, and
- the shell forms a protective unit, which is able, the fission products of the. Keep surface of the reactive unit and at the same time has conductive components.
- the object is achieved in the context of the invention in a coating according to the O-term term, characterized in that the coating consists of a lower layer and a top layer, wherein
- the lower layer forms a reactive unit and consists of a material that releases electrons when exposed to sunlight by sunlight, which are able to split water into hydrogen and oxygen, and
- the particles or the coating are in this case preferably nanoscale, but may have dimensions down to the submicrometer range.
- a development of the invention is that in the reactive unit by excitation of electrons from the electronic ground state in an excited state of sufficient duration photons are absorbable, a charge separation of the excited electrons of positively charged holes in an electric field is feasible, the excitation energy of the electrons Reduction and the defect electron can be used by oxidation of suitable molecules in an electrolyte and the thermal, electrical and chemical conversion of solar radiation in charge separation of the excited electrons is feasible.
- a further development of the invention is that the particles in pure water or acids, alkalis or salts of alkali and alkaline earth metals, in particular NaOH, Na 3 PO 4 , Na 2 CO 3 , NaBO 2 , Na 2 HPO 4 , NaHCO 3 , Na 2 SO 4 , NaCl, HCl, H 2 PO 4 or H 2 SO 4 are suspended.
- the particle or suspension contains dyes, especially thionin, Toluidinblau, methylene blue, Azure A, Azure B, Azure C, phenosafranine, safranine-O, safranine-T, neutral red, fluorescein, erythrosin, erythrosin B, rhodamine B 5 Rose Bengal, Pyronine Y, Eosin, Rhodamine 6G, Acridine, Proflavine, Acridine Yellow, Fusion, Crystal Violet, Marlitite Green and Methyl Violet.
- dyes especially thionin, Toluidinblau, methylene blue, Azure A, Azure B, Azure C, phenosafranine, safranine-O, safranine-T, neutral red, fluorescein, erythrosin, erythrosin B, rhodamine B 5 Rose Bengal, Pyronine Y, Eosin, Rhodamine 6G, Acridine, Proflavine, Acridine Yellow
- An embodiment of the invention consists in that the particles or the suspension contains semiconductor materials, in particular SnO 2 , WO 3 , V 2 O 5 , ZnO, Fe 2 O 3 , SiC or mixtures thereof.
- This measure also serves to sensitize.
- the protection unit should always be smaller than the maximum range of the separated electrons.
- the protection unit has a layer thickness which is smaller than the maximum kinetic range of an ejected electron, preferably smaller than the mean kinetic range of a knocked out electron.
- the protective unit for the incoming radiation in particular solar radiation, is at least partially permeable.
- the protective unit is dense to hydrogen atoms or protons.
- An embodiment of the invention is that the proportion of noble metals in the protective unit of 1 to 100 wt. 7 %.
- the invention also relates to a method for producing a coating according to the invention, in which a top layer is applied as a protective unit to a dense reactive layer forming a lower layer.
- An embodiment of the invention consists in that the lower layer and the upper layer are applied by the vacuum vapor method (CVD, PVD) or electrochemically (galvanically) or by wet-chemical application methods, in particular in the sol-gel method.
- CVD vacuum vapor method
- PVD electrochemically (galvanically)
- wet-chemical application methods in particular in the sol-gel method.
- a particle suspension is coated as a reactive unit, by means of electrochemical, galvanic or wet chemical application method, in particular in the sol-gel process with a protective layer.
- the invention is based on the following considerations.
- the first step can take place in any electronically excitable material, as well as photochemical reactions in a single molecule.
- thermodynamic decomposition voltage for water 1.23 V
- diffusion overvoltage necessary for achieving a certain current density-a kinetic overvoltage characteristic for the interface of the particular semiconductor material-and the voltages occurring at the resistances occurring in the electrical circuit (Especially in the electrolyte, in the semiconductor and at the contacts) fall off.
- the band edges In order to allow charge transfer to the electrolyte, the band edges must have suitable energies at the interface to the electrolyte.
- the conduction band For the water reduction, the conduction band must be as far above (cathodic) from the reduction potential of the water (hydrogen potential, in neutral solution with reference NHE -0.42V) and the valence band far below the oxidation potential of the water (oxygen potential, in neutral solution with respect NHE + 0,81V) are that conditions 1 and 2 can still be met. If these conditions are met, the semiconductor material is in principle suitable for direct photoelectrochemical water splitting.
- One way to increase the efficiency and to avoid the oxidation or corrosion of the particles is to generate a corresponding protective layer, as described in this document.
- Solution 1 is added to solution 2 with vigorous stirring. A brown-black solid forms, which is filtered and washed with water. The free OH groups at the top surfaces of the TiO 2 nanoparticles are completely saturated with Pt / SiO 2 particles as a monomolecular layer.
- Cadmium sulfide nanoparticles are prepared by precipitating a 0.1 molar solution of cadmium chloride with stirring in 0.1 molar sodium hydroxide solution and reacting the cadmium hydroxide formed with sodium sulfide. After filtration, washing with deionized water and drying at 70 ° C., 5.76 g (40.0 mmol) of cadmium sulfide nanoparticles are dispersed in 100 g of demiwater with the aid of an Ultra-Turrax for 5 min at about 11000 rpm.
- the dried catalysts are added to 50 ml of water, irradiated while stirring with UV light (400 W, Hg) and the hydrogen evolution is measured over a period of 10 hours with GC / MS.
- the modified nanoparticles show a constant hydrogen evolution of about 1.55 mmol / h per g of catalyst (mod. Titanium dioxide, Example 1) or 2.30 mmol / h per g of catalyst over the entire measurement period (mod. Cadmium sulfide, example 2).
- the hydrogen conversions of the unmodified nanoparticles show significantly lower hydrogen formation rates (titanium oxide 30 ⁇ mol / h per g of catalyst, cadmium sulfide approx.
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Abstract
Die Erfindung betrifft Partikel bzw. eine Beschichtung zur Spaltung von Wasser. Um Partikel bzw. Beschichtungen zur Spaltung von Wasser zu schaffen, bei denen die korrosive Zerstörung weitestgehend verhindert wird, wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, daß die Partikel bzw. die Beschichtung aus einem Kern oder einer Unterschicht und einer Hülle oder einer Oberschicht bestehen, wobei der Kern oder die Unterschicht eine Reaktiveinheit bildet und aus einem Material besteht, das bei Energieeintrag durch Sonnenlicht Elektronen freisetzt, die in der Lage sind, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, und - die Hülle oder Oberschicht eine Schutzeinheit bilden, die in der Lage ist, die Spaltprodukte von der Oberfläche der Reaktiveinheit abzuhalten und gleichzeitig leitfähige Anteile aufweist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch eine gezielte Trennung von Reaktionspartikel und Spaltprodukten über die Länge der kinetischen Flugweite der freigesetzten Elektroden eine korrosive Zerstörung der reaktiven Partikel weitestgehend verhindert wird.
Description
BESCHREIBUNG
Partikel bzw. Beschichtung zur Spaltung von Wasser
Die Erfindung betrifft Partikel bzw. eine Beschichtung zur Spaltung von Wasser.
Aus dem Stand der Technik sind Solarzellen mit relativ geringer Effektivität bekannt. Ebenfalls sind Partikel bekannt, die bei direkter Sonnenbestrahlung Wasser spalten (F. E. Osterloh, Inorganic Materials as Catalysts for Photochemical Splitting of Water, Chem. Mater. 20 (2008), 35; Ni, Meng et al., A review and recent developments in photocatalitic water- splitting using TiO2 for Hydrogen production, renewable and sustainable Energy .Reviews (2007) 401-425; Galinska Anna, Photocatalytic Water Splitting over Pt-TiO2 in the Presence of Sacrificial Reagents Energy & Fuels, Vol. 19, No. 3, 2005, 1143-1147; H. von Känel et al., Photoelectrochemical Production of Hydrogen from p-Type Transition Metal Phosphides; J. Matthiesen, E. Wahlström, Charge transfer induced water Splitting on the rutile TiO2 (HO) surface; A. Fujishima and K. Honda, Nature 37, 238 (1972); J. Nowotny TiO2 Surface Active Sites for Water Splitting J. Phys. Chem. B 2006, 110, 18492-18495).
Beispiele hierfür sind CdS, TiO2, die mit Metallen dotiert werden. Problematisch ist hierbei, daß die Partikel korrodiert werden bzw. sich durch die eigenen hochaktiven Spaltprodukte zersetzen. Dadurch vermindern sich die hohen anfänglichen Ausbeuten innerhalb kürzester Zeit beträchtlich.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, Partikel bzw. eine Beschichtung zur Spaltung von Wasser zu schaffen, bei denen die korrosive Zerstörung weitestgehend verhindert wird.
Diese Aufgabe wird im Rahmen der Erfindung bei einem Partikel gemäß dem Oberbegriff dadurch gelöst, daß die Partikel aus einem Kern und einer Hülle bestehen, wobei
- der Kern eine Reaktiveinheit bildet und aus einem Material besteht, das bei Energieeintrag durch Sonnenlicht Elektronen freisetzt, die in der Lage sind, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, und
- die Hülle eine Schutzeinheit bildet, die in der Lage ist, die Spaltprodukte von der. Oberfläche der Reaktiveinheit abzuhalten und gleichzeitig leitfähige Anteile aufweist.
Ebenso wird die Aufgabe im Rahmen der Erfindung bei einer Beschichtung gemäß dem O- berbegriff dadurch gelöst, daß die Beschichtung aus einer Unterschicht und einer Oberschicht besteht, wobei
- die Unterschicht eine Reaktiveinheit bildet und aus einem Material besteht, das bei Ener- gieeintrag durch Sonnenlicht Elektronen freisetzt, die in der Lage sind, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, und
- die Oberschicht eine Schutzeinheit bildet, die in der Lage ist, die Spaltprodukte von der Oberfläche der Reaktiveinheit abzuhalten und die gleichzeitig leitfahige Anteile aufweist.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch eine gezielte Trennung von Reaktiveinheit und Spaltprodukten über die Länge der kinetischen Flugweite der freigesetzten Elektronen eine korrosive Zerstörung der Reaktiveinheit (weitestgehend) verhindert wird. Die Partikel bzw. die Beschichtung sind hierbei vorzugsweise nanoskalig, kann jedoch Dimensionen bis in,' den Submikrometerbereich hinein aufweisen.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß in der Reaktiveinheit durch Anregung von Elektronen aus dem elektronischen Grundzustand in einen angeregten Zustand ausreichender Dauer Photonen absorbierbar sind, eine Ladungstrennung der angeregten Elektronen von positiv geladenen Defektelektronen in einem elektrischen Feld durchführbar ist, die Anregungsenergie der Elektronen durch Reduktion und der des Defektelektrons durch Oxidation geeigneter Moleküle in einem Elektrolyten nutzbar ist und die thermische, elektrische und chemische Umwandlung der Sonnenstrahlung in Ladungstrennung der angeregten Elektronen durchführbar ist.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Reaktiveinheit Verbindungen enthält, die in der Lage sind, durch Bestrahlung mit UV-Licht und Freisetzen von Elektronen Wasser zu spalten, insbesondere Salze von Nebengruppenmetallen, Halbmetallen, mit Edelmetallen dotierte Salze, insbesondere mit Pt, Au, Pd, Rh, Ni, Cu oder Ag dotiertes TiO2, mit Seltenerdenmetallen, insbesondere mit Fe, Mo, Ru, Os, Re, V, As, Cu, Mn oder Rh dotiertes TiO2, mit Fe, Co, Ni, Cu oder Zn dotiertes WO3, mit Anionen dotiertes TiO2, insbesondere Anionen von C, N, F, P, S, sowie Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus CdS, GaAs, Ta2O5, dotiertes ZrO2,
SrTiO3, Phosphiden, insbesondere ZnP2, SiC5 Cersalzeή, Ag/AgCl, aber auch reinem Si oder Ge.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Partikel in reinem Wasser oder Säuren, Laugen oder Salzen von Alkali- und Erdalkalimetallen, insbesondere NaOH, Na3PO4, Na2CO3, NaBO2, Na2HPO4, NaHCO3, Na2SO4, NaCl, HCl, H2PO4 oder H2SO4 suspendiert sind.
Hierdurch kann die Effizienz deutlich gesteigert werden.
Es ist weiterhin sinnvoll, daß die Partikel oder die Suspension Farbstoffe enthält, insbesondere Thionin, Toluidinblau, Methylenblau, Azur A, Azur B, Azur C, Phenosafranin, Safranin-O, Safranin-T, Neutralrot, Fluorescein, Erythrosin, Erythrosin B, Rhodamin B5 Bengalrosa, Py- ronine Y, Eosin, Rhodamin 6G, Acridine, Proflavin, Acridingelb, Fusion, Kristallviolett, Mar lachitgrün und Methylviolett.
Diese Farbstoffe dienen der Sensibilisierung.
Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Partikel oder die Suspension Halbleitermaterialien, insbesondere SnO2, WO3, V2O5, ZnO, Fe2O3, SiC oder Gemische hiervon enthält.
Auch diese Maßnahme dient der Sensibilisierung.
Bei einer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Reaktiveinheit durch Bestrahlung, insbesondere mit Sonnenlicht, Elektronen abspaltet.
Die Schutzeinheit sollte immer kleiner als die maximale Reichweite der abgespaltenen Elektronen sein.
Weiterhin ist es zur Erfindung gehörig, daß die Schutzeinheit aus Materialien besteht, die gegen die gebildeten Radikale aus Sauerstoff und Wasserstoff inert sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Schutzeinheit aus inerten Oxiden oder Salzen, insbesondere SiO2, Al2O3, ZrO2, BaSO4, die mit inerten Metallen, Metallegierungen oder Edelmetallen dotiert sind, oder aus reinen inerten Metallen, Metallegierungen oder Edelmetallen, wie Pt, Au, Pd, Rh, Ni, Cr, Cu oder Ag besteht.
Es ist vorteilhaft, daß die Schutzeinheit eine Schichtdicke hat, die kleiner als die maximale kinetische Reichweite eines herausgeschlagenen Elektrons ist, bevorzugt kleiner als die mittlere kinetische Reichweite eines ausgeschlagenen Elektrons ist.
Bei einer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schutzeinheit für die eingehende Strahlung, insbesondere Sonnenstrahlung, zumindest teilweise durchlässig ist.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Schutzeinheit gegenüber Elektronen durchlässig ist.
Es ist zweckmäßig, daß die Schutzeinheit gegenüber Wasserstoffatomen oder Protonen dicht ist.
Eine Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der Anteil der Edelmetalle in der Schutzeinheit von 1 bis 100 Gew.7% beträgt.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Beschichtung, bei dem auf eine dichte eine Reaktiveinheit bildende Unterschicht eine Oberschicht als Schutzeinheit aufgebracht wird.
Eine Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die Unterschicht und die Oberschicht im Vakuumdampfverfahren (CVD, PVD) oder elektrochemisch (galvanisch) oder durch naßchemische Applikationsverfahren, insbesondere im Sol-Gel- Verfahren aufgetragen werden.
Es ist auch möglich, daß eine Partikelsuspension als Reaktiveinheit, mittels elektrochemischer, galvanischer oder naßchemischer Applikationsverfahren, insbesondere im Sol-Gel- Verfahren mit einer Schutzschicht überzogen wird.
Der Erfindung liegen die folgenden Überlegungen zugrunde.
Der erste Schritt kann im Prinzip in jedem elektronisch anregbaren Material erfolgen, auch wie bei photochemischen Reaktionen in einem einzelnen Molekül.
Für die photoelektrolytische Brennstoffherstellung, in diesem Fall die direkte Wasserspaltung, ergeben sich eine Reihe von Bedingungen, die hier am Beispiel der Wasserstoffproduktion erläutert seien:
1. Die mit dem Halbleiter erreichbare Photospannung (Aufspaltung der Quasi-Fermi- Niveaus) muß größer sein als die zur Elektrolyse notwendige Spannung. Diese setzt sich aus der thermodynamischen Zersetzungsspannung (für Wasser 1,23 V), der zur Erzielung einer bestimmten Stromdichte notwendigen Diffusionsüberspannung - einer für die Grenzfläche des speziellen Halbleitermaterials jeweils charakteristischen kinetischen Überspannung - und der Spannungen zusammen, die an den im elektrischen Kreis auftretenden Widerständen (bes. im Elektrolyten, im Halbleiter und an den Kontakten) abfallen.
2. Nach Aufbau der Photospannung muß noch eine Bandverbiegung bestehen bleiben, damit das damit verbundene elektrische Feld die bei Belichtung gebildeten Elektron/Loch-Paare räumlich trennen und eine Rekombination verhindern kann. Ferner kann wegen der nicht vermeidbaren strahlenden Rekombination die Photospannung (also die Aufspaltung der Quasi-Fermi-Niveaus.) nur einen kleineren Wert erreichen als den, der der Bandlücke entspricht. Diesen Einschränkungen, die dazu führen, daß die Photospannung nur einen um etwa 0,5V kleineren Wert erreichen kann als der Bandlücke entspricht, unterliegen Festkörper-Solarzellen in gleicher Weise.
Um eine Ladungsübertragung zum Elektrolyten zu ermöglichen, müssen die Bandkanten an der Grenzfläche zum Elektrolyten geeignete Energien besitzen. Für die Wasserreduktion muß das Leitungsband soweit oberhalb (kathodisch) vom Reduktionspotential des Wassers (Wasserstoff-Potential, in neutraler Lösung mit Bezug NHE -0,42V) und das Valenzband soweit unterhalb des Oxidationspotentiales des Wassers (Sauerstoff-Potential, in neutraler Lösung mit Bezug NHE +0,81V) liegen, daß die Bedingungen 1 und 2 noch erfüllt werden können.
Sind diese Bedingungen erfüllt, so ist das Halbleitermaterial prinzipiell für direkte photoelekt- rochemische Wasserspaltung geeignet.
Aber selbst diese produzieren mit einigen Ausnahmen z.B. des Strontiumtitanats bei Bestrahlung nicht Wasserstoff und Sauerstoff. Dies ist bei den meisten n-leitenden Materialien darauf zurückzuführen, dass die an die Oberfläche des Halbleiters gelangenden Defektelektronen (also meist fehlende Bindungselektronen) eher zur Oxidation und damit zur Auflösung des Halbleiters führen als zur Wasseroxidation.
In jedem Fall ergibt sich aber aus der unter 1 genannten Bedingung (ohne zusätzliche Verluste bei den elektrochemischen Reaktionen) ein maximal erreichbarer Wirkungsgrad von etwa 25%, jedoch bei realistisch angenommenen Überspannungen von etwa 0,3 V im Elektrolyten nur einer von etwa 17%, da dann die notwendige Bandlücke nur die Ausnutzung eines kleinen Teils des Sonnenspektrums erlaubt.
Eine Möglichkeit den Wirkungsgrad zu steigern und die Oxidation bzw. Korrosion der Partikel zu vermeiden besteht darin eine entsprechende Schutzschicht zu generieren, wie sie in dieser Schrift beschrieben ist.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es werden beispielhaft zwei Basisrezepturen für die Herstellung oberflächenmodifizierter nanoskaliger Photokatalysatoren zur Wasserspaltung und die entsprechenden Ergebnisse beschrieben:
Beispiel 1:
2,17 g (10,4 mmol) Tetraethoxysilan TEOS in 50 ml Ethanol werden mit 0,30 g Ameisensäure versetzt und 10 min gerührt. Es werden 0,30 g (16,7 mmol) Wasser zugegeben und eine weitere Stunde gerührt (Lösung 1). Nach Zugabe von 21,5 mg (41,8 mmol) Platin(IV)bromid (Fa. ABCR) zu dem teilhydrolisierten Silan färbt sich die Lösung braunschwarz (Lösung 1). 3,99 g (0,05 mol) TiO2-Nanoρartikel (KRONOS vpl 7000) werden in 50 ml deionisiertem Wasser mit einem Ultra-Turrax für 10 min bei 15000 U/min dispergiert (Lösung 2). Lösung 1 wird nun unter starkem Rühren zu Lösung 2 gegeben. Es bildet sich ein braunschwarzer Feststoff, welcher filtriert und mit Wasser gewaschen wird. Die freien OH-Gruppen an der Ober-
flächen der TiO2-Nanopartikel sind vollständig mit Pt/SiO2-Partikel als monomolekulare Schicht abgesättigt.
Beispiel 2:
Cadmiumsulfid-Nanopartikel werden durch Fällung einer 0,1 molaren Lösung von Cadmium- chlorid unter Rühren in 0,1 molarer Natronlauge und Umsetzung des gebildeten Cadmium- hydroxides mit Natriumsulfid hergestellt. Nach Filtration, Waschen mit entionisiertem Wasser und Trocknung bei 70°C werden 5,76 g (40,0 mmol) Cadmiumsulfid-Nanopartikel in 100 g Demiwasser mit Hilfe eines Ultra-Turrax für 5 min bei ca. 11000 U/min dispergiert. Zu dieser Lösung werden 3,00 g Natriumthiosulfat, 1,25 g Natriumsulfit, 0,50 g Thioharnstoff und 0,40 g Ammoniumchlorid gegeben. Die Lösung wird mit 0,1 molarer Salzsäure auf pH 5,0 eingestellt und auf 800C erhitzt. Nach Zugabe von 0,50 g (1,26 mmol) Natriumgoldchlorid Na- AuCl4 (Fa. Sigma-Aldrich) unter Rühren wird das Reaktionsgemisch nach 10 Minuten Reaktionszeit im Eisbad gekühlt, sofort filtriert und mit Wasser gewaschen. Man erhält oberflächenmodifizierte Cadmiumsulfid-Nanopartikel mit einer Goldschicht von etwa 5-10 nm Schichtdicke.
Von den getrockneten Katalysatoren werden 1,00 g in 50 ml Wasser geben, unter Rühren mit UV-Licht (400 W, Hg) bestrahlt und die Wasserstoffentwicklung mit GC/MS über eine Messdauer von 10 Stunden gemessen. Die modifizierten Nanopartikel zeigen über die gesamte Messdauer eine gleichbleibende Wasserstoffentwicklung von ca. 1,55 mmol/h pro g Katalysator (mod. Titandioxid, Beispiel 1) bzw. 2,30 mmol/h pro g Katalysator (mod. Cadmium- sulfid, Beispiel 2). Zum Vergleich zeigen die Wasserstoffumsätze der unmodifϊzierten Nanopartikel deutlich geringere Wasserstoffbildungsraten (Titanoxid 30 μmol/h pro g Katalysator, Cadmiumsulfid ca. 1,3 mmol/h pro g Katalysator). Die' Wasserstoffbildung kommt beim unbeschichteten Titandioxid etwa nach Vz Stunde sowie bei Cadmiumsulfid nach etwa 2-3 Stunden durch Photokorrosion zum erliegen. Beim unmodifizierten Cadmiumsulfid zeigt der Nachweis von Sulfaten die vollständige Zersetzung des Materials nach 4 Stunden Bestrahlung an.
Claims
1. Partikel zur Spaltung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aus einem Kern und einer Hülle bestehen, wobei
- der Kern eine Reaktiveinheit bildet und aus einem Material besteht, das bei Energieeintrag durch Sonnenlicht Elektronen freisetzt, die in der Lage sind, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, und
- die Hülle eine Schutzeinheit bildet, die in der Lage ist, die Spaltprodukte von der Oberfläche der Reaktiveinheit abzuhalten und die gleichzeitig leitfähige Anteile aufweist.
2. Beschichtung zur Spaltung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschich- tung aus einer Unterschicht und einer Oberschicht besteht, wobei
- die Unterschicht eine Reaktiveinheit bildet und aus einem Material besteht, das bei Energieeintrag durch Sonnenlicht Elektronen freisetzt, die in der Lage sind, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, und
- die Oberschicht eine Schutzeinheit bildet, die in der Lage ist, die Spaltprodukte von der Oberfläche der Reaktiveinheit abzuhalten und die gleichzeitig leitfähige Anteile aufweist.
3. Partikel gemäß Anspruch 1 oder Beschichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reaktiveinheit
- durch Anregung von Elektronen aus dem elektronischen Grundzustand in einen angeregten Zustand ausreichender Dauer Photonen absorbierbar sind, eine Ladungstrennung der angeregten Elektronen von positiv geladenen Defektelektronen in einem elektrischen Feld durchführbar ist,
- die Anregungsenergie der Elektronen durch Reduktion und der des Defektelektrons durch Oxidation geeigneter Moleküle in einem Elektrolyten nutzbar ist und
- die thermische, elektrische und chemische Umwandlung der Sonnenstrahlung in Ladungstrennung der angeregten Elektronen durchführbar ist.
4. Partikel gemäß Anspruch 1 oder Beschichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktiveinheit Verbindungen enthält, die in der Lage sind, durch Be- Strahlung mit UV-Licht und Freisetzen von Elektronen Wasser zu spalten, insbesondere Salze von Nebengruppenmetallen, Halbmetallen, mit Edelmetallen dotierte Salze, insbesondere mit Pt, Au, Pd, Rh, Ni, Cu oder Ag dotiertes TiO2, mit Seltenerdenmetallen, insbesondere mit Fe, Mo5 Ru, Os, Re, V, As, Cu, Mn oder Rh dotiertes TiO2, mit Fe, Co, Ni, Cu oder Zn dotiertes WO3j mit Anionen dotiertes TiO2, insbesondere Ani- onen von C, N, F, P, S, sowie Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus CdS, GaAs, Ta2O5, dotiertes ZrO2, SrTiO3, Phosphiden, insbesondere ZnP2, SiC, Cersalzen, Ag/ AgCl, aber auch reinem Si oder Ge.
5. Partikel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese in reinem Wasser oder Säuren, Laugen oder Salzen von Alkali- und Erdalkalimetallen, insbesondere NaOH, Na3PO4, Na2CO3, NaBO2, Na2HPO4, NaHCO3, Na2SO4, NaCl, HCl, H2PO4 oder H2SO4 suspendiert sind.
6. Partikel gemäß Anspruch 1 oder Beschichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Farbstoffe, insbesondere Thionin, Toluidinblau, Methylenblau, Azur A, Azur B, Azur C, Phenosafranin, Safranin-O, Safranin-T, Neutralrot, Fluores- cein, Erythrosin, Erythrosin B, Rhodamin B, Bengalrosa, Pyronine Y, Eosin, Rhoda- min 6G, Acridine, Proflavin, Acridingelb, Fusion, Kristallviolett, Malachitgrün und Methylviolett, enthält.
7. Partikel gemäß Anspruch 1 oder Beschichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Halbleitermaterialien, insbesondere SnO2, WO3, V2O5, ZnO, Fe2O3, SiC oder Gemische hiervon enthält.
8. Partikel gemäß Anspruch 1 oder Beschichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktiveinheit durch Bestrahlung, insbesondere mit Sonnenlicht, E- lektronen abspaltet.
9. Partikel gemäß Anspruch 1 oder Beschichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinheit aus Materialien besteht, die gegen die gebildeten Radikale aus Sauerstoff und Wasserstoff inert sind.
10. Partikel gemäß Anspruch 1 oder Beschichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinheit aus inerten Oxiden oder Salzen, insbesondere SiO2, Al2O3, ZrO2, BaSO4, die mit inerten Metallen, Metallegierungen oder Edelmetallen dotiert sind, oder aus reinen inerten Metallen, Metallegierungen oder Edelmetallen, wie Pt, Au, Pd, Rh, Ni, Cr, Cu oder Ag besteht.
11. Partikel gemäß Anspruch 1 oder Beschichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinheit eine Schichtdicke hat, die kleiner als die maximale kinetische Reichweite eines herausgeschlagenen Elektrons ist, bevorzugt kleiner als die mittlere kinetische Reichweite eines ausgeschlagenen Elektrons ist.
12. Partikel gemäß Anspruch 1 oder Beschichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinheit für die eingehende Strahlung, insbesondere Sonnenstrahlung bzw. UV-Strahlung , zumindest teilweise durchlässig ist.
13. Partikel gemäß Anspruch 1 oder Beschichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinheit gegenüber Elektronen durchlässig ist.
14. Partikel gemäß Anspruch 1 oder Beschichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinheit gegenüber Wasserstoffatomen oder Protonen dicht ist.
15. Partikel oder Beschichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Edelmetalle in der Schutzeinheit von 1 bis 100 Gew.-% beträgt.
16. Verfahren zum Herstellen einer Beschichtung gemäß den Ansprüchen 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine dichte eine Reaktiveinheit bildende Unterschicht eine Oberschicht als Schutzeinheit aufgebracht wird.
17. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschicht und die Oberschicht im Vakuumdampfverfahren (CVD, PVD) oder elektrochemisch (galvanisch) oder durch naßchemische Applikationsverfahren, insbesondere im Sol-Gel- Verfahren aufgetragen werden.
18. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Partikelsuspension als Reaktiveinheit, mittels elektrochemischer, galvanischer oder naßchemischer Applikationsverfahren, insbesondere im Sol-Gel-Verfahren mit einer Schutzschicht überzogen wird.
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