Южноафриканские ученые создали универсальный фотокатализатор. Он улавливает свет из видимого диапазона и изготовлен из относительно дешевых металлов. Это позволило повысить общее поглощение света примерно на 15% по сравнению с другими фотокатализаторами. Экономичный материал поможет в обработке сточных вод и снизит энергопотребление в промышленности. Исследование опубликовано в журнале Journal of Science Advanced Materials and Devices.
Фотокатализатор — это полупроводниковый материал, который берет солнечный свет и преобразует его в дополнительную энергию. Современные фотокатализаторы настроены на ультрафиолетовый диапазон и созданы из дорогих металлов — платины, палладия или золота. Из-за этого они дороги. Более того, добыча таких металлов часто вредит природе. Поэтому южноафриканские ученые решили создать новый фотокатализатор, который будет эффективнее и дешевле прежнего.
Чтобы сохранить высокую производительность, исследователи объединили три недорогих вещества. Первое — это графитовый углерод в виде порошка. Он составляет около 89% от общей массы материала. Углерод создает свободные электроны, которые активируют разные химические процессы. Второй «ингредиент» составляет всего 10%. Это каликсарен, молекула чашеобразной формы, которая помогает находить и расщеплять другие органические молекулы — средства личной гигиены, фармацевтические препараты и вещества в городских сточных водах. Третий наноматериал называется MXene. Он состоит из ниобия, преобразует углекислый газ в ценные вещества и выделяет водород из других продуктов.
В ходе разработки материала ученые оценили его эффективность. Прежние фотокатализаторы использовали только ультрафиолетовое излучение, которое составляет не более 5% всего света, достигающего Земли от Солнца. Новый же улавливает свет в диапазоне 420–520 нанометров — а это треть всего видимого света, который составляет 45% от всего солнечного излучения.
«Производительность любого фотокатализатора можно измерить, оценив его способность преобразовывать солнечную и/или световую энергию в химическую. В вычислениях она представлена в виде "mu". Наш фотокатализатор (mu = 4,86%) превосходит фотокатализатор, который появился в 2017 году (mu = 1,81%). Он состоял из серебра, сульфида кадмия и оксида цинка», — рассказал Коллен Макола, один из разработчиков из Университета Йоханнесбурга.
Экономичный полупроводниковый материал полезен для промышленности, где солнечный или электрический свет помогает упростить работу. Это и очищение сточных вод, и стерилизация медицинских помещений. Исследователи тестируют способность фотокатализатора расщеплять органические загрязнители и остатки фармацевтических препаратов в реальных образцах сточных вод в лабораторных масштабах.
Автор: Ксения Земскова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
