Команда ученых Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург), Института химии твердого тела УрО РАН и Института катализа СО РАН провели испытания тонкопленочного фотокатализатора на основе нанотрубок из диоксида титана с нестехиометрией TiO2-x NTs film. Синтезированный учеными материал показал удвоенную активность по сравнению с широко используемым промышленным нанопорошком TiO2. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports издательского холдинга Nature.
В настоящее время диоксид титана широко применяется в науке и технике благодаря богатому набору свойств, в том числе высокой фотокаталитической активности для целей очистки окружающей среды, воздуха и воды, от вредных органических примесей. В научно-образовательном центре «Наноматериалы и нанотехнологии» УрФУ с помощью электрохимического синтеза были получены оксидные пленки на поверхности титановой фольги, состоящие из высокоупорядоченных вертикальных нанотрубок.
«Нанотубулярные структуры диоксида титана находятся под пристальным вниманием ученых всего мира и являются перспективными функциональными средами для создания солнечных батарей, газовых сенсоров, мемристоров, фотокатализаторов и др. Нам удалось научится их не просто синтезировать, а управляя параметрами синтеза, придавать им нужные свойства», — замечает директор НОЦ «Нанотех» УрФУ, профессор РАН Илья Вайнштейн.
Фотокаталитические характеристики полученных образцов изучены коллаборацией ученых с использованием современного аналитического оборудования и оригинальных экспериментальных установок. Выяснилось, что созданный фотокатализатор способен эффективно разлагать вредные органические загрязнения окружающей среды под действием оптического излучения.
«В нашем случае в качестве индикатора служил ацетон, который подвергался разложению на углекислый газ и воду в реакторной зоне в присутствии нанотубулярных пленок под действием света видимого диапазона. Синтезированные образцы сравнивались с коммерческими фотокатализаторами на основе TiO2», — объясняет младший научный сотрудник УрФУ Роберт Камалов.
В результате оказалось, что изготовленные наноструктуры работают эффективнее коммерческих аналогов более, чем в два раза. Авторы связывают рост активности с высокой удельной поверхностью и нестехиометрией диоксидной пленки.
Сейчас ученые продолжают изучение нанотубулярных структур на основе диоксида титана и работают в направлении дальнейшего повышения их функциональной эффективности.
«Проведена большая работа по синтезу нанотрубок TiO2, изучению структурных, оптических и фотокаталитических свойств перспективного функционального материала. Безусловно, такие результаты достигаются только благодаря тесному междисциплинарному сотрудничеству университетских и академических лабораторий», — отмечает руководитель научного проекта член-корреспондент РАН Андрей Ремпель.
Напомним, что УрФУ — участник Проекта 5-100, ключевым результатом которого должно стать появление в России к 2020-му году современных университетов-лидеров с эффективной структурой управления и международной академической репутацией, способных задавать тенденции развития мирового высшего образования.