Исследователи из Института химии растворов РАН в Иваново разработали новый способ получения нитрида углерода в β-фазе — материала, сравнимого по твёрдости с алмазом и способного разлагать органические загрязнители под действием света. Главное преимущество метода — синтез проводится при комнатной температуре и не требует дорогостоящих химикатов или сложного оборудования. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе РАН.
Полученный материал разлагает органические красители в 1,5–2 раза быстрее существующих аналогов, что делает его перспективным для очистки воды от вредных веществ.
Нитрид углерода состоит из трёх атомов углерода и четырёх атомов азота. Он отличается высокой прочностью и фотокаталитическими свойствами, ускоряя реакции разложения загрязнителей на свету. Однако до недавнего времени массовое применение этого соединения было затруднено: синтез требует дорогих катализаторов и экстремальных температур до 1400 °C, а β-фаза этого материала считается особенно твёрдой, но обычно нестабильна. Поэтому задача поиска новых дешёвых и простых методов синтеза очень актуальна.
Учёные из Иваново предложили использовать электрический разряд между графитовыми электродами, погружёнными в раствор — мочевины или ацетонитрила. Образующаяся плазма способствует распаду молекул и формированию наночастиц β-фазы нитрида углерода. Затем исследователи протестировали активность полученного материала на разложении органических красителей, часто встречающихся в сточных водах. Эксперименты показали, что катализатор в полтора-два раза быстрее аналогов разрушает загрязнители под действием ультрафиолета и обладает высокой стабильностью при многократном использовании.
Структура материала оказалась близкой к идеальной, что объясняет его эффективность. Учёные также обнаружили, что свойства наночастиц зависят от используемого раствора: образцы, полученные с мочевиной, получились более пористыми и лучше контактировали с загрязняющими веществами, а материал, синтезированный в ацетонитриле, был плотнее и прочнее.
Авторы считают, что их подход позволяет адаптировать материал под разные задачи — например, для очистки воды, воздушных выбросов или других экологических целей. Разработка дешёвых технологий поможет отказаться от дорогостоящих и токсичных катализаторов, снизив стоимость производства и способствуя устойчивому развитию химической промышленности.
В будущем учёные собираются создавать композитные катализаторы на основе нитрида углерода и оксидов титана или меди, используя тот же метод разрядной плазмы, что позволит получать сложные материалы в одном процессе.
Студент ИРНИТУ создает робота для очистки водоемов. Устройство оснащается поглощающей корзиной и дополнительными решетками для более эффективного улавливания мусора.