Международная команда исследователей, в которую вошли российские ученые, разработала новый материал на основе наночастиц диоксида титана, декорированных золотом. Материал поглощает около 96% солнечного излучения, переводя его в тепло, и может ускорить испарение воды в промышленных опреснителях в 2,5 раза. Также его можно использовать в качестве сенсора токсичных молекул и соединений. Статья опубликована в журнале ACS Applied Materials and Interfaces.
По данным ВОЗ на 2019 год, около 2,2 млрд человек не имели доступа к чистой питьевой воде. Часто питьевую воду получают с помощью опреснения морской, которую испаряют солнечным нагревом и концентрируют пар. Чтобы добиться большей производительности, нужны новые материалы, ускоряющие испарение. Для этих целей ученые из ДВФУ, ДВО РАН и Университета ИТМО совместно с зарубежными исследователями создали новый наноматериал, облучив лазером коммерчески доступный порошок диоксида титана, который предварительно поместили в жидкость с ионами золота.
«В результате лазерного воздействия нанопорошок утратил упорядоченную кристаллическую структуру и стал эффективнее поглощать видимый свет. Поглощению также способствует формирование на поверхности и объеме диоксида титана наноразмерных кластеров золота. Изначально мы хотели использовать это свойство в контексте солнечной энергетики, но быстро поняли, что из-за своей новой аморфной структуры наночастицы в активном слое солнечных батарей, поглотив солнечную энергию, будут преобразовываться ее в тепло, а не в электричество. Зато пришла идея применить его в качестве своеобразного нагревающего элемента в опреснителе, что и было успешно проделано в лабораторных условиях», — рассказывает один из авторов работы Александр Кучмижак.
Новый материал также можно применять в качестве детектора в сенсорных системах, реагирующих на следы различных веществ, растворенных в жидкостях. Например, в микро-флюидных биомедицинских системах, «лабораториях в чипе», системах экологического мониторинга для поиска загрязняющих веществ. Технология лазерной абляции, используемая для получения материала, простая, дешевая и экологичная. Жидкость, содержащую ионы золота, добавляют в нанопорошки диоксида титана и облучают лазерными импульсами видимого спектра.
При этом исходные наночастицы диоксида титана в кристаллической форме практически не поглощают видимое излучение. Однако они служат катализатором для формирования на их поверхности наноразмерных кластеров золота, которые стимулируют дальнейшее плавление диоксида титана. Сплавление нескольких гибридных наночастиц приводит к формированию структур с уникальной морфологией, в которых золото находится как внутри, так и на поверхности диоксида титана.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
