МОСКВА, 19 февраля. /ТАСС/. Исследователи из России и Объединенных Арабских Эмиратов разработали новые высокоэффективные фотокатализаторы на базе соединений ниобия, лития и кислорода, способные очищать воду от красителей, пестицидов и прочих загрязнений с минимальным ущербом для окружающей среды. Об этом ТАСС сообщила пресс-служба МФТИ.
"Фотокатализ - это перспективная технология для очистки воды и воздуха, позволяющая использовать энергию солнечного света для разложения токсичных органических загрязнений. Но большинство современных фотокатализаторов работают только с ультрафиолетом, который составляет около 5% от всего солнечного спектра. Остальные 50% энергии, которые приходятся на видимый диапазон, пропадают впустую", - говорится в сообщении.
Физики сделали большой шаг к решению этой проблемы, экспериментируя с фотокатализаторами на базе оксида ниобия и его комбинаций с другими элементами. В теории эти материалы можно заставить поглощать и видимый свет, однако для этого нужно структурировать их таким образом, что это будет мешать рекомбинации - повторному соединению зарядов при взаимодействиях света и катализатора.
Исследователи обнаружили, что эту процедуру можно осуществить, если добавить в оксид ниобия небольшое количество лития, погрузить получившийся кристаллический материал под тонкий слой воды и облучить его при помощи очень коротких, но мощных вспышек лазерного излучения. Это приведет к образованию множества точечных дефектов, которые будут способствовать разделению зарядов при взаимодействиях катализатора с видимым светом.
"Дискретные дефекты в кристаллической решетке позволяют материалу поглощать видимый свет и эффективно разделяют заряды, продлевая их жизнь. Это позволяет носителям заряда добраться до поверхности наночастицы и преобразовать окружающие кислород и воду в активные формы кислорода: гидроксильные радикалы и супероксид-анионы. Именно они разрушают загрязнители и эффективно очищают воду", - пояснил старший научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Илья Завидовский, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Проведенные учеными опыты показали, что созданный ими структурированный нанокатализатор разрушает молекулы красителей примерно в 2,3 раза быстрее, чем их уже существующие аналоги на базе аморфного оксида ниобия. Благодаря этому он очистил раствор на 90% всего через 150 минут обработки, что позволяет использовать подобные фотокатализаторы для очистки воды от широкого набора загрязнителей и ускорения других реакций, подытожили физики.