Представьте, что в будущем вредные загрязнители в водоемах или промышленных стоках можно разлагать с помощью солнечного света. И не просто разлагать — а одновременно получать чистые виды топлива, например водород или перекись водорода, или даже полезные химические соединения для фармацевтики. Звучит как фантастика? Но международная команда ученых под руководством профессора Хуана Карлоса Колменареса из Института физической химии Польской академии наук доказала, что это реальность.

Результаты опубликованы в издании Chemical Communications.

Их прорыв — создание модифицированного графитового нитрида углерода (CN) с дефектами структуры. Обычный CN — это полимер на основе углерода и азота, который может ускорять химические реакции под действием света. Но у него есть недостатки: поглощенная энергия быстро рассеивается, а активных центров на поверхности мало.

Ученые придумали простой способ улучшить материал. Они взяли два триазиновых мономера и провели их совместную полимеризацию, добавив фенильную группу в качестве «ограничителя». Это привело к появлению дефектов в структуре — словно дырок в сыре. В результате:

• Поверхность материала увеличилась до 134 м² на грамм — как площадь двух теннисных кортов.
• Появились нанопоры, улучшающие доступ реагентов.
• Заряды, возникающие под действием света, теперь не «застревают», а свободно перемещаются.

Что это дает на практике

• Выработка перекиси водорода (H₂O₂) — в 6 раз эффективнее, чем у аналогов. Процесс идет в воде при комнатной температуре под обычным LED-светом.
• Очистка воды с одновременным получением топлива.
• Синтез бензальдегида  (используется в фармацевтике и парфюмерии) из бензилового спирта с почти 100% селективностью.

Дефекты — это не ошибка, а ключ к эффективности, — поясняет профессор Колменарес.

Раньше их создавали в несколько этапов с агрессивными химикатами, теперь — сразу при синтезе.

Польза исследования

• Экология: Дешевая очистка сточных вод без токсичных реагентов.
• Энергетика: Производство H₂O₂ и H₂ без ископаемого топлива.
• Промышленность: Ускорение синтеза дорогих соединений (например, бензальдегида) с минимальными затратами.

Однако исследование не учитывает долговечность материала. Дефекты могут снижать стабильность CN при длительном использовании. Нужны тесты на износ.

Ранее мы опубликовали 10 инновационных трендов в индустрии материалов.