Исследователи из Университета Йоханнесбурга разработали новый тип фотокатализатора, использующего видимую часть спектра солнечного света. В настоящее время экономичные и экологически чистые фотокатализаторы «используют» только ультрафиолетовый спектр солнечного света, например, широко применяемый диоксид титана и другие близкие к нему аналоги. Исследование опубликовано в журнале Journal of Science: Advanced Materials and Devices. Фотокатализатор является первым трехкомпонентным фотокатализатором с такими специфическими фотокаталитическими свойствами. Он почти на 90% состоит из экономичных готовых компонентов и достаточно прост для масштабного производства в лабораториях с ограниченными ресурсами. В других исследованиях был описан фотокатализатор, содержащий благородный металл палладий (Pd), который также «использует» видимый спектр солнечного света. В отличие от этого фотокатализатора в данной работе для приготовления третьего компонента — наноматериала, известного как MXene, — используется небольшое количество карбида ниобия — минорного переходного металла. Карбид ниобия MXene используется в широком спектре фотокаталитических приложений, таких как производство водорода и превращение углекислого газа в ценные продукты. В виде порошка фотокатализатор также чрезвычайно стабилен при высоких температурах, влажности и химических изменениях. Проблема с фотокатализаторамиСнижение энергопотребления в крупных промышленных процессах может оказаться непростой задачей. Но что, если большую часть потребляемой электроэнергии можно «отвоевать» у солнца? Фотокатализаторы могут «включаться» под действием солнечного и других видов света. При этом они могут на порядки ускорить химические процессы. Такие катализаторы могут найти применение в различных отраслях энергетики и экологии. Однако здесь есть одна загвоздка. В настоящее время высокоэффективные фотокатализаторы, как правило, очень дороги. Кроме того, их сложно и даже опасно производить. Основной составляющей стоимости фотокатализаторов могут быть металлы, такие как платина, палладий или золото. Использование металлов в фотокатализаторах нежелательно и с экологической точки зрения. Еще одна проблема заключается в том, что большинство существующих фотокатализаторов «включаются» в основном при воздействии ультрафиолетового излучения, которое составляет лишь 5% энергии солнечного света, достигающего поверхности Земли. В то же время видимый свет составляет 45% доступной энергии солнечного света, а ближний инфракрасный — оставшиеся 50%. Добавление трети спектра видимого светаПо словам профессора Лангелихле (Нсика) Дламини, фотокатализатор, разработанный и испытанный исследователями, использует примерно треть спектра видимого света. Дламини является научным сотрудником кафедры химической науки Университета Южной Африки. Если говорить в цифрах, то ультрафиолетовый спектр (УФ) имеет более короткие длины волн (высокоэнергетические) — от 200 до 400 нанометров. Видимый солнечный свет имеет более длинные волны (низкая энергия) — от 400 до 700 нанометров. Фиолетово-сине-голубо-зеленая часть видимого солнечного света, расположенная рядом с ультрафиолетовым излучением, — это то, на что реагирует фотокатализатор исследователей UJ. Эта низкоэнергетическая часть видимого света и «включает» фотокатализатор для начала химических реакций.
Первый экономичный и стабильный фотокатализатор видимого спектраПо словам аспиранта Коллена Маколы, данное исследование является первым для экономичного фотокатализатора, не содержащего благородных металлов.
В ходе температурных испытаний исследователи обнаружили, что фотокатализатор чрезвычайно стабилен при температуре до 500 градусов Цельсия. Также была подтверждена стабильность в воде с различными уровнями pH — от pH 1 до pH 14. Кроме того, полученный фотокатализатор равномерно диспергируется в воде, что является дополнительным преимуществом для фотокаталитических применений. Трехкомпонентный, практически безметалловыйЧтобы получить фотокатализатор с такими характеристиками, исследователи объединили три «ингредиента» для окончательной конструкции фотокатализатора.
Этот ингредиент был получен исследователями в одной из лабораторий UJ. Второй ингредиент составляет около 10% от конечной массы. Это каликсарен, в данном случае молекула чашеобразной формы.
Исследователи приобрели готовый каликсарен и затем модифицировали его. Третьим компонентом является MXene.
MXene составляет около 1% от конечной массы. Он содержит углерод и небольшое количество ниобия, относительно недорогого металла.
Универсальность и множество примененийПо своей природе экономичный фотокатализатор имеет значительный потенциал для многочисленных промышленных применений, где солнечный или электрический свет доступен для облегчения химических процессов, говорит Дламини. Это может быть как очистка воды для массового потребления, так и стерилизация помещений для выращивания растений, медицинских учреждений и т.д. В настоящее время исследователи проверяют способность фотокатализатора расщеплять органические загрязнители и остатки фармацевтических препаратов в реальных образцах сточных вод в лабораторных масштабах. 28.08.2023 |
Хайтек
Неоднородная мягкость тел позволяет создавать более мягкие аморфные материалы | |
Ученые из Токийского столичного университ... |
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений | |
Для инженеров, работающих над мягкой робо... |
Инструмент прогнозирования ускорит исследования в области сверхпроводников | |
Функциональность многих современных передовых ... |
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом | |
С помощью большой языковой модели инженеры Мас... |
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка | |
Слабые флуктуации в сверхпроводимости, яв... |
Роняйте на здоровье. Разработан материал для электроники с адаптивной прочностью | |
Неприятности случаются каждый день, и есл... |
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов | |
Органическая электроника — область,... |
Печатный полимер позволяет изучить хиральность и спины при комнатной температуре | |
Печатаемый органический полимер, который при&n... |
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах | |
Исследовательская группа, работающая в UN... |
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе | |
Исследователи из Стэнфорда приблизились к... |
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий | |
Когда речь заходит о сверхпроводящих куби... |
Optica Quantum: Ученые разработали новый метод определения квантовых состояний | |
Ученые из Университета Падерборна примени... |
Физики впервые услышали звуки "схлопывания" тепла в сверхтекучей жидкости | |
В большинстве материалов тепло предпочитает ра... |
Nature Communications: Ученые придумали, как защитить золотые катализаторы | |
Впервые исследователи, в том числе и... |
Nature Photonics: Поставлен рекорд эффективности первоскитовых светодиодов | |
Используя простой метод solvent sieve, исследо... |
Создан новый сверхпроводник из иридия, циркония и платины с хиральной структурой | |
Исследователи из Токийского университета ... |
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов | |
Исследователи из Калифорнийского универси... |
В Японии робота с живыми мышцами научили ходить под водой — на суше он высохнет | |
Исследователи из Токийского университета ... |
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути | |
Исследователи из Принстона применили спле... |
Создано доступное и экологичное решение для плоских дисплеев и носимой техники | |
Исследовательская группа под руководством... |
Разработан экологичный способ производства проводящих чернил для электроники | |
Исследователи из Университета Линчепинга,... |
AFM: Ученые разрабатывают технологию интеграции искусственных нейронных сетей | |
С появлением таких новых отраслей, как ис... |
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ | |
Ученые из Томского политехнического униве... |
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света | |
В основе глобальной интернет-связи лежит оптич... |
Создан новый держатель образцов для измерения температур в сверхмалом диапазоне | |
Группа специалистов из Helmholtz-Zentrum ... |
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения | |
Мемристорные устройства представляют собой кат... |
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников | |
Замещающее легирование чужеродными элементами ... |
eLight: Разработан подход для создания сверхчувствительных сенсоров | |
Датчики — важнейшие инструменты для... |
Монополи фазы Берри применили для создания высокотемпературных спинтроников | |
Спинтроники — это электронные ... |
Создан новый подход для разработки новых оптических устройств для биомедицины | |
Интегрированные сети распределения, обработки ... |