2021-01-24 10:28:00
РИА Новости / Новую модель структуры соединений с фотокаталитическими свойствами разработали ученые Национального исследовательского Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского (Университет Лобачевского). По словам авторов, результаты исследования открывают новые возможности использования энергии солнечного света для очистки воды от органических загрязнителей. Статья опубликована в журнале Journal of Solid State Chemistry.
Попадание в сточные воды органических загрязнителей — циклических ароматических углеродов, пестицидов, фенола, полихлорированных дифенилов — частный побочный результат хозяйственной деятельности человека. Эти химические вещества и соединения негативно влияют на экосистему и, как следствие, на здоровье людей.
Сегодня ученые во всем мире работают над повышением эффективности систем очистки воды, в том числе методом фотокаталитического разложения органических ядов и химикатов. Фотокатализ — это ускорение химической реакции за счет взаимодействия специального вещества — фотокатализатора — с падающим светом. Некоторые фотокатализаторы при поглощении света способствуют окислению органических веществ, что используется для очистки сточных вод, отметили исследователи.
По их словам, на сегодняшний день в промышленных масштабах для этих целей применяется диоксид титана TiO2 — он дешев в производстве, однако реагирует на видимый свет в сравнительно в узком диапазоне, что существенно снижает его эффективность.
Ученые Университета Лобачевского синтезировали ряд веществ и экспериментально установили их фотокаталитические свойства.
«Мы смогли установить особенности соединений, принадлежащих к структурному типу β-пирохлора и предложили новую модель строения, опираясь на которую, спрогнозировали и синтезировали новые теллур-содержащие соединения. Полученные нами на этой основе фотокатализаторы, с одной стороны, соответствуют критериям, выдвигаемым к зонной структуре материала для осуществления соответствующих реакций, а с другой стороны — химически стабильны в водных растворах и органических растворителях, что позволит использовать их в течение длительного времени», — прокомментировала младший научный сотрудник лаборатории технологии высокочистых материалов НИИ химии Университета Лобачевского Диана Фукина.
Исследователи теоретически установили, какие именно реакции смогут фотокатализировать полученные материалы, определив их зонную структуру — взаимное расположение валентной зоны и краев зоны проводимости. Результаты измерений были проверены в ходе эксперимента с веществом метиленовым синим: два из четырех полученных соединений — CsTeMoO6 и RbTe1.5W0.5O6 — успешно разлагают краситель со степенью разложения около 100 и 50 процентов за 8 часов соответственно, рассказали ученые.
По словам Фукиной, полученные соединения позволяют работать в видимом диапазоне света, то есть напрямую использовать энергию солнечного света для инициирования запуска реакций фотокаталитического окисления. При использовании таких материалов в странах с высокой солнечной активностью в течение дня не будут нужны дополнительные затраты на электроэнергию для активации процесса, как это происходит в случае диоксида титана.
«Ученые во всем мире бьются над повышением эффективности фотокаталитического процесса различными способами. Например, существует способ модификации оксида титана добавлением серебра — активность повышается, но процесс производства сразу же становится более дорогим и сложным. В случае наших соединений, пусть некоторые реактивы будут и дороже оксида титана, но процесс синтеза достаточно простой, а модификации не требуются. Поэтому сейчас хоть и сложные на первый взгляд по составу, однако более простые с точки зрения синтеза соединения без драгоценных металлов кажутся более привлекательными», — объяснила Фукина.
Научная группа продолжает детальное исследование механизма процессов фотокаталитического разложения органики с использованием уже полученных соединений. Это позволит понять, каким образом необходимо модифицировать соединения, в каких условиях и применительно к каким процессам их эффективность будет максимальна.
- страна: Россия
- отрасль: Энергетика и водоподготовка