Stof in witte verf kan water splitsen, maar als hij zwart is gemaakt gaat dat beter

Een hoopje titaniumoxide, grondstof voor verf en cosmetica. Foto Inetgiant

Het hoofdbestanddeel van veel witte verf, een verbinding van titaan en zuurstof, is in staat om onder invloed van zonlicht water te splitsen in waterstof en zuurstof. En dat is nuttig, vooral omdat waterstof de energiedrager van de toekomst kan zijn. Daarnaast heeft dit titania (TiO2) ook een reinigende werking doordat het, met zonlicht als energie, complexe organische verbindingen afbreekt tot onschadelijk gassen.

Probleem is alleen dat titania het grootste gedeelte van het zonlicht (op het ultraviolette licht na) reflecteert, waardoor de efficiëntie van dit soort chemische reacties laag is. Al jarenlang proberen scheikundigen titania zó te veranderen dat het een groter gedeelte van het zonlicht absorbeert. Tot nu toe was dat zonder succes.

Een groep onderzoekers van de universiteit van California in Berkeley is er nu eindelijk in geslaagd om zwarte titaniadeeltjes te maken zonder dat die hun chemische werking verliezen. De zwarte deeltjes waren zelfs vele malen actiever dan de witte (Science, 20 januari).

Dat titaniadeeltjes het licht zo effectief terugkaatsen (en daardoor zo wit zijn) hebben ze voor een deel te danken aan hun kristallijne structuur. Xiaobo Chen en zijn collega’s kwamen daarom op het idee om wanorde te introduceren aan het oppervlak van nanokristalletjes. Dat deden ze door deze bloot te stellen aan waterstof. Dat dringt de kristalletjes, die een diameter hebben van ongeveer tien nanometer, binnen en verstoort de regelmatige rangschikking van titanium- en zuurstofatomen, maar alleen in een dunne schil aan de buitenkant. De structuur van de kristallijne kern blijft ongemoeid. Dat heeft een enorm effect op de kleur van de deeltjes die in plaats van helderwit, pikzwart worden, een teken dat ze bijna al het invallende zonlicht absorberen. Daardoor komt er veel meer zonne-energie beschikbaar voor chemische reacties, die dan ook veel gemakkelijker en sneller verlopen.

Waar het afbreken van een organische kleurstof, de witte deeltjes meer dan uur kost, laat het zwarte titania de kleur al in acht minuten verdwijnen. Bovendien bleef de activiteit wekenlang op hetzelfde niveau. De snelheid waarmee van waterstof uit water werd geproduceerd, was zelfs bijna honderd keer hoger. Rob van den Berg