ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище

Потребность в устойчивых и экологичных решениях ускорила глобальный спрос на зеленые и возобновляемые технологии. В этой связи полупроводниковые фотокатализаторы стали привлекательным решением благодаря их потенциалу в снижении загрязнения окружающей среды и эффективном использовании солнечной энергии.

Фотокатализаторы — это материалы, которые инициируют химические реакции под воздействием света. Несмотря на прогресс, широко используемые фотокатализаторы страдают от пониженной фотокаталитической активности и узкого диапазона работы в видимом спектре света. Кроме того, их трудно извлечь из растворов на водной основе, что ограничивает их применение в непрерывных процессах.

Феррит висмута (BiFeO3), обладающий узкой полосовой щелью и магнитными свойствами, является привлекательным альтернативным фотокатализатором. Узкая полосовая щель BiFeO3 позволяет эффективно использовать свет в видимой области для возбуждения электронов из валентной полосы в полосу проводимости, оставляя вакантные дырки. Возбужденные электроны и дырки могут вызывать химические реакции, которые приводят к деградации загрязняющих веществ в водном растворе. Кроме того, ферромагнитные свойства позволяют легко извлекать BiFeO3 из раствора. Однако, как и обычные фотокатализаторы, BiFeO3 также страдает от быстрой рекомбинации электронно-дырочных пар, что значительно ограничивает его фотокаталитическую активность.

Чтобы решить эту проблему, группа исследователей под руководством доцента Цо-Фу Марка Чанга из Института инновационных исследований Токийского технологического института (Япония) разработала новые нанокристаллы BiFeO3, декорированные наночастицами золота (Au). Их исследование, иллюстрация которого выбрана в качестве обложки ACS Supplementary Cover, опубликовано онлайн в журнале ACS Applied Nano Materials.

Доктор Чанг объясняет:

Включение наноструктур Au в BiFeO3 позволяет создать больше активных участков для реакций фотодеградации благодаря уникальному локализованному поверхностному плазмонному резонансу наночастицы Au, а перенос возбужденных электронов в BiFeO3 на золотой домен подавляет рекомбинацию электронно-дырочных пар. Новые нанокристаллы BiFeO3, декорированные Au, используют синергетические характеристики обоих механизмов.

Исследователи изготовили нанокристаллы Au-BiFeO3 с помощью гидротермального метода синтеза и простого растворного процесса декорирования BiFeO3 различными количествами Au. Команда оптимизировала фотокаталитическую активность нанокристаллов Au-BiFeO3, оценив их эффективность в разложении метиленового синего (MB), распространенного красителя для джинсовой одежды. MB хорошо растворим в воде, представляя значительную опасность для водных организмов и здоровья людей. Это также делает его идеальным загрязнителем для проверки эффективности фотокатализаторов.

Эксперименты показали, что образец с 1,0% Au по весу проявил наилучшую активность, достигнув впечатляющей 98% эффективности разложения под 500-ваттной ксеноновой лампой в течение 120 минут. Более того, он также сохранил 80% своей первоначальной активности после четырех 120-минутных циклов, демонстрируя отличную стабильность. Кроме того, влияние Au на магнитные свойства BiFeO3 было незначительным, что говорит об отличной способности к вторичной переработке.

Исследователи также изучили механизмы, с помощью которых Au усиливает фотокаталитическую активность. Когда нанокристалл Au-BiFeO3 освещается светом с подходящей длиной волны, электроны в BiFeO3 переходят в полосу проводимости. В отличие от рекомбинации, происходящей в голом BiFeO3, введение Au, имеющего менее отрицательный уровень Ферми, чем полоса проводимости BiFeO3, облегчает перенос возбужденных электронов из полосы проводимости в домен Au, тем самым способствуя накоплению дырок в BiFeO3. Это усиливает фотокаталитическую активность BiFeO3, позволяя ему легче вызывать генерацию гидроксильных радикалов в водных растворах. Эти гидроксильные радикалы обладают высокой активностью и легко атакуют молекулы MB в водном растворе, преобразуя их в безвредные продукты.

Эти результаты расширяют наше понимание взаимодействия золота и полупроводников в фотокатализе и открывают путь к проектированию и разработке передовых нанокристаллических материалов, — отмечает доктор Чанг.

В целом, наше исследование подчеркивает перспективную активность и возможность вторичной переработки Au-BiFeO3, подчеркивая его потенциал в эффективном и устойчивом разложении загрязняющих веществ в окружающей среде.

24.04.2024


Подписаться в Telegram



Нано

ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище
ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище

Потребность в устойчивых и экологичн...

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками
Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками

Инженеры разработали наноразмерные татуировки&...

Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани
Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани

Самое удивительное, что они там, каж...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь

Новости компаний, релизы

Ученые ТПУ выяснили, что заболевания ЦНС за последние 30 лет вышли на первое место по влиянию на здоровье населения
Физики СПбГУ и Института проблем машиноведения РАН улучшили ударопрочные характеристики нержавеющей стали
КВЗ принимает заявки на целевое обучение в проект «Крылья Ростеха»
В Петербурге снизилось количество разрушающих озоновый слой газов
Исследователи используют кантианскую модель рациональности для оценки этичности решений ИИ