Ein Forschungsteam der Rice University hat in Zusammenarbeit mit anderen Wissenschaftlern ein neuartiges photokatalytisches Material entwickelt, das mithilfe von Lichtenergie verschiedene Schadstoffe im Wasser, darunter die besorgniserregenden perfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS), effektiv abbauen kann. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift *Materials Today* veröffentlicht.

Das Material ist eine Kompositstruktur, die aus einem kovalenten organischen Gerüst (COF) und einem zweidimensionalen hexagonalen Bornitridfilm (hBN) besteht. Der Schlüssel zu dieser Forschung liegt in der Anwendung von Defekt-Engineering-Techniken, um winzige „Kratzer“ in die hBN-Oberfläche als Verankerungspunkte zu ätzen. Dadurch kann das COF-Material direkt darauf wachsen und eine stabile Heteroübergangsschicht bilden. Yifan Zhu, Erstautor der Studie und Postdoktorand, erklärte: „Wir haben zwei sichere und leichte Materialien auf völlig neue Weise kombiniert, um eine hocheffiziente Antifouling-Oberfläche zu schaffen, die schnell und effektiv eine Vielzahl von Schadstoffen entfernt, ohne auf potenziell umweltschädliche Metalle zurückzugreifen.“ Diese Verbundstruktur verbessert die Trennung und Migrationseffizienz von photogenerierten Ladungen. Unter Lichteinwirkung können sich die im Material erzeugten Elektronen und Löcher effizienter und gerichteter bewegen und so Redoxreaktionen zur Zersetzung organischer Schadstoffe im Wasser antreiben. Das Forschungsteam testete das Material in einem Durchflussreaktor, der eine reale Wasseraufbereitungsumgebung simulierte. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass das photokatalytische Material eine ausgezeichnete Abbauleistung für verschiedene Schadstoffe, darunter Arzneimittelrückstände, Farbstoffe und Perfluoralkylsubstanzen, aufwies und seine Leistung auch nach mehreren Zyklen stabil blieb.

Der korrespondierende Autor der Studie, Professor Jun Lou vom Institut für Materialwissenschaften und Nanoengineering, erklärte: „Diese Ergebnisse zeigen, dass ein einzelnes, metallfreies Material eine Vielzahl schwer abbaubarer Schadstoffe effektiv entfernen kann. Dies bringt uns der Realisierung praktischer, kostengünstiger Wasserreinigungslösungen einen Schritt näher.“ Diese Arbeit liefert neue Erkenntnisse für die Entwicklung effizienter, stabiler und umweltfreundlicher Wasserreinigungstechnologien und zeigt insbesondere Potenzial für die Behandlung von schwer abbaubaren Schadstoffen wie Perfluoralkylsubstanzen.

Weitere Informationen: Autoren: Yifan Zhu et al., Titel: „Kovalente organische Gerüststruktur/hexagonales Bornitrid-Heterogenstruktur-Photokatalysator für den effizienten Abbau neuartiger Schadstoffe“, veröffentlicht in: Materials Today (2025). Zeitschrifteninformationen: Materials Today