"Sjuka" byggnader kan botas med nanostrukturerade beläggningar på fönster

Skadliga organiska molekyler i inomhusluft kan orsaka ohälsa - "sjuka hus-syndromet". Dagens luftreningsmetoder kräver både energi och underhåll, men en lovande ny lösning utvecklas vid Uppsala universitet - fönsterglas med en nanostrukturerad beläggning baserad på titandioxid. Materialen använder solljuset för att bryta ned organiska föroreningar till enbart vatten och koldioxid. I en ny avhandling visar Bozhidar Stefanov hur beläggningarna kan göras ännu mer effektiva.

Titandioxid är ett vitt pigment som ofta ingår i målarfärger, tandkräm och solskyddsmedel. I form av nanopartiklar uppnår de speciella egenskaper som gör dem mycket reaktiva. Nanopartiklarna av titandioxid kan absorbera ultraviolett ljus och använda ljusets energi för att förstöra organiska molekyler på sina ytor i en process som kallas fotokatalys. Därför kallas titandioxid nanoteknikens "vita riddare" och är en utmärke fotokatalysator för vatten- och luftrening. På senare tid har betongytor impregnerad med titandioxid och använts för att minska luftföroreningar i luften utomhus. Ett fältförsök har utförts i Malmö.

Forskare vid avdelningen för fasta tillståndets fysik på Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet tar nu idén ett steg längre och visar hur man kan använda fotokatalys för luftrening inomhus. Med hjälp av en industriell process som kallas ”sputtering” har de deponerat nanostrukturerade ytskikt som innehåller nanopartiklar av titandioxid på fönsterglas. Dessa ytbeläggningar är helt genomskinliga och har en tjocklek på omkring en mikrometer (hundra gånger mindre än diametern av ett mänskligt hårstrå). De har visat sig vara mycket effektiva för att avlägsna acetaldehyd, som är en vanlig förorening i inomhusluften.

Fönsterglas belagt med sådan titandioxid kan alltså användas för att rena inomhusluften, men det finns ett problem. Ibland kan nedbrytningsprodukter från fotokatalysen binda sig starkt till fotokatalysatorns yta och därigenom blockera kemiskt aktiva positioner, vilket leder till minskad fotokatalytisk aktivitet. I sin avhandling har Bozhidar Stefanov visat att tunna ytskikt tillverkade med hjälp av ”sputtering” har en fördel och gör det möjligt att variera nanopartiklarnas orientering så att ytor med olika atomstrukturer blir exponerade.

Precis som hos tärningar som används i spel så är inte alla sidor av nanopartiklarna lika reaktiva utan några av deras kristallina facetter är mycket mer fotokatalytiskt aktiva än andra facetter. Tyvärr motsvarar dessa ”aktiva” facetter endast cirka 10 procent av nanopartiklarnas totala yta, och i ytbeläggningar med slumpmässig orientering är det svårt att hitta partiklar som har de reaktiva facetterna exponerade på beläggningens yta. Under sitt projekt har Bozhidar Stefanov funnit ett nytt sätt att tillverka ytbeläggningar av titandioxid för att därmed "lura tärningarna" och skapa en högre sannolikhet att hitta de mycket reaktiva facetterna vid titandioxidens yta.

Dessa orienterade ytbeläggningar uppvisar inte bara högre aktivitet för nedbrytning av luftföroreningar utan deras funktion är också mindre beroende av luftfuktighet och temperatur. Bozhidar Stefanov fann också att om ytan av sådana fördelaktigt orienterade titandioxidbeläggningar modifieras av sulfatmolekyler så blir den ännu mer resistent mot deaktivering.

Genom att kombinera dessa nya rön - kristallografisk orientering, sulfatmodifiering samt kontrollerad luftfuktighet och temperatur - har Bozhidar Stefanov skapat en ny princip för ett fotokatalytiskt fönster med bibehållen aktivitet. Detta är ett viktigt steg framåt för att förbättra vår inomhusluft.

Avhandlingen försvaras den 11:e december. Läs mer om disputationen och ladda ner avhandlingen i fulltext.

För mer information, kontakta Bozhidar Stefanov, e-post: Bozhidar.Stefanov@angstrom.uu.se Tel: 0720-216 625