Herstellung und Charakterisierung von Halbleiterkatalysator-Systemen zur Photo(elektro)katalytischen Wasserspaltung

Abstract

Aufgrund der immer knapper werdenden Energieressourcen der Erde und der Forderung nach einer Senkung der CO2 Emissionen rücken regenerative Energiequellen wie Wasserkraft, Wind und Solarenergie immer weiter in den Fokus des öffentlichen Interesses. Um aus Solarenergie chemische Energie zu gewinnen, ist die photokatalytische Wasserspaltung eine besonders interessante und erfolgsversprechende Technologie, die allerdings bisher noch nicht den Sprung zur Wirtschaftlichkeit geschafft hat. Um dem Ziel einer effizienten photokatalytischen Wasserspaltung einen Schritt näher zu kommen, wurden in dieser Arbeit Halbleiterkatalysator Systeme, basierend auf einem bekannten im UV Bereich des Lichtspektrums aktiven Photokatalysator (Natriumtantalat), hergestellt und charakterisiert. Dabei wurden der Einfluss verschiedener Synthesebedingungen und daraus resultierender Eigenschaften, sowie der Einfluss von der Zusammensetzung des Katalysatorsystems und von alternativen Oxidationsreaktionen auf die photokatalytische Aktivität untersucht. Zudem konnte eindeutig gezeigt werden, dass es prinzipiell möglich ist, die gute Aktivität von Natriumtantalat bezüglich der Photokatalyse auch auf die photoelektrochemische Wasserstoffspaltung zu übertragen.

Due to the increasing scarcity of the earth's energy resources and the demand for a reduction of CO2 emissions renewable energy sources such as hydropower, wind and solar energy are becoming more and more a matter of public interest. To gain chemical energy from solar energy photocatalytic water splitting is a particularly interesting and promising technology which has not yet made the leap to being economically viable. In order to get closer to efficient photocatalytic water splitting the present thesis evaluates photocatalytic semiconductor systems based on a familiar catalyst active in the UV region of the light spectrum (sodium tantalate). The influence of different synthesis conditions and the resulting properties, as well as the influence of the composition of the catalyst system and of alternative oxidation reactions were studied regarding photocatalytic activity. Furthermore, it was clearly shown that it is in principle possible to also use sodium tantalate as an efficient photoanode for photoelectrochemical water splitting.