Im Unterschied zur Elektronenstruktur eines Metalls überlappen beim elektronischen Halbleiter besetztes und unbesetztes Energieband nicht, sondern es entsteht eine für Elektronen "verbotene Zone". Der energetische Abstand zwischen unterer Kante des Leitungsbands (LB) und oberer Kante des Valenzbandes (VB) entspricht der Bandlücke E bg ; sie beträgt für den Halbleiter TiO 2 etwa 3,0 eV. Absorbiert ein isolierter, idealer TiO 2 -Einkristall Licht der Wellenlänge λ ≤ 416 nm, entsteht ein Elektron-Loch-Paar (e -/h + ), das unter Abgabe von Wärme oder Licht rekombiniert [1,2]. Hat der Einkristall viele Fehlstellen oder steht er in Kontakt mit einem Redoxelektrolyten, entsteht in einer dünnen Randschicht (100 bis 1000 nm) ein inhomogenes elektrisches Feld und die Energiebänder werden "verbogen" (in Abbildung 1 für n-TiO 2 schematisch dargestellt). Die Energie des durch Lichtabsorption im Leitungsband entstandenen Elektrons (e -) nimmt daher zunächst mit steigender Entfernung von der Oberfläche ab und bleibt erst im Inneren des Kristalls konstant. Das Umgekehrte gilt für das gleichzeitig entstandene positive Loch (h + ) im Valenzband, das um so energieärmer ist, je kleiner sein Abstand zur Oberfläche wird. Als Konsequenz wandern die beiden Ladungsträger in entgegengesetzte Richtung, und diese räumliche Trennung unterdrückt die unerwünschte Rekombination. Das an die Rückseite des belichteten Einkristalls gewanderte Elektron kann zu einer Gegenelektrode, beispielsweise Platin, geleitet werden, während das Loch auf der Halbleiteroberfläche eingefangen wird. Dieser, hier sehr vereinfachte, Effekt ist die Grundlage der lichtinduzierten Ladungstrennung am Halbleiter/Elektrolyt-Kontakt. Er entspricht im Resultat dem Primärprozess der Photosynthese, bei dem die Rekombination der Ladungsträger ebenfalls durch eine Kompartimentierung verhindert wird. Als Ergebnis erhält man eine Potenzialdifferenz zwischen oxidierender n-Halbleiterelektrode und reduzierender Gegenelektrode (Pt), die entweder zur Stromerzeugung oder für chemische Umsetzungen genutzt werden kann. Letztere beginnen mit einem interfacialen Elektronentransfer (IFET) zu und von den gelösten Substraten und werden nur dann ablaufen, wenn die elektrochemischen Potenziale der beiden Teilreaktionen innerhalb der H albleiter sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Ob im Computer, dem Mobiltelefon oder der Solarzelle, überall übernehmen sie Schlüsselfunktionen in modernen technischen Geräten. Auch bei der Umwandlung und Speicherung von Sonnenenergie kann man sie einsetzen, da man mit ihnen als heterogenen Photokatalysatoren Ladungsträger lichtinduziert erzeugen und trennen kann. Dieser Effekt ist sowohl für die Stromerzeugung als auch für die Photokatalyse sehr wichtig. In der Stromerzeugung wendet man Halbleiter schon an, das Gebiet der halbleiterkatalysierten Photoreaktionen entwickelt sich jedoch erst. Die folgenden Beispiele zeigen, dass pulverförmige Halbleiter-Photokatalysatoren wesentliche Aspekte der heterogenen und homogenen Katalyse vereinen. Diese Multifunk...