Periphere fluorierte Phthalocyanine zur Photokatalyse
Aufgrund der steigenden Bevölkerungszahl und der zunehmenden Industrialisierung ist die Schadstoffbelastung der Luft vor allem in urbanen Gebieten der Schwellen- und Entwicklungsländer ein enormes Problem, dessen Behebung für Wirtschaft, Politik und Wissenschaft eine große Herausforderung darstellt. Langfristig kann eine Verminderung des Schadstoffausstoßes eine Verbesserung der Luftqualität bewirken. Um jedoch die Belastung kurzfristig effektiv zu verringern, müssen umweltfreundliche, wirksame Methoden des Schadstoffabbaus gefunden werden. Die Oberflächenbeschichtung von Straßen oder Bauwerken mit schadstoffabbauenden Reagenzien stellt eine schnell greifende Möglichkeit dafür dar. Als viel verwendeter, photokatalytisch aktiver Baustoff hat sich Titandioxid (TiO2) etabliert, der nach Anregung mit UV-Strahlung in Gegenwart von Luft und Wasser durch Reduktions- und Oxidationsprozesse Hydroxylradikale (•OH) sowie Superoxidradikalanionen (•O2?) erzeugt, die organische und anorganische Substanzen oxidativ abbauen. Da TiO2 aufgrund der relativ großen Bandlu¨cke elektromagnetische Strahlung im ultravioletten Bereich zur Anregung benötigt, kann lediglich ein geringer Teil des solaren Spektrums genutzt werden. Somit ist eine effektive photokatalytische Luftreinigung in lichtschwachen Bereichen wie Schattenseiten oder Innenräumen nicht zufriedenstellend gewährleistet. Dabei ist auch hier enormes Anwendungspotential vorhanden (geruchsbelastete Räume wie Raucherzimmer, Lebensmittel-verarbeitende Industrie, Sterilräume etc.).
Diesem Problem möchte ich mich im Rahmen meiner Doktorarbeit annehmen. Dazu möchte ich photokatalytisch aktive TiO2 -Nanopartikel mit Farbstoffen (Porphyrazinen), sogenannten Photosensibilisatoren, verankern, die durch energiearmes, sichtbares Licht oxidativ wirkenden Singulett-Sauerstoff (1O2) generieren. Damit wird zusätzlich zu den radikalischen Sauerstoffspezies ein weiteres aktives Agens geschaffen. Porphyrazine sind als Photosensibilisatoren gut geeignet, da sie eine starke Absorption im langwelligen, energieärmeren Spektralbereich (ca. 700 nm) besitzen und bezüglich ihrer Eigenschaften durch chemische Modifikationen am Grundgeru¨st und in der Peripherie sowie durch die Art des komplexierten Metallions gezielt variiert werden können.
Ein Nachteil ergibt sich jedoch dadurch, dass die Farbstoffe durch die gebildeten reaktiven Sauerstoffagenzien selbst oxidativen Abbauprozessen unterliegen. Um die Porphyrazin/TiO2-Hybride für die Schwachlicht-Photokatalyse effektiv nutzbar zu machen, sollen daher Porphyrazine synthetisiert werden, die einen hohen Fluorierungsgrad besitzen. Dadurch sollen sich die Chromophore durch ein erhöhtes Oxidationspotential und eine verstärkte Resistenz gegenüber oxidativen Agentien auszeichnen. Des Weiteren sollen die Farbstoffe zur kovalenten Anbindung an die oxidischen Nanopartikel mit einer chemisch fixierenden Ankergruppe versehen werden, die so ausgestattet ist, dass Farbstoff und Partikel elektronisch separiert sind, um die photokatalytischen Eigenschaften des Farbstoffs nicht zu beeinträchtigen. Die Porphyrazin/TiO2-Hybride sollen nach ihrer Herstellung hinsichtlich ihrer Stabilität, ihrer photokatalytischen Aktivität und ihrer Schadstoff-abbauenden Wirkung untersucht und beurteilt werden.