Такие фотокатализаторы способны ускорять перенос электронов в химической реакции, разрушая органические загрязняющие вещества, что поможет разрабатывать новые экологически чистые способы очистки воды, производства водорода и химического синтеза. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Materials Chemistry A.
Алсу Нугманова, первый автор статьи, кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории биоэлектрохимии ИФХЭ РАН / © 2024 Мария Калинина, ИФХЭ РАН
Фотокатализ, то есть ускорение химических реакций с помощью катализаторов, преобразующих поглощенный ими свет в полезную химическую работу, – это ключевое направление развития «зеленых» химических технологий. Фотокатализаторы, чувствительные к видимому солнечному свету, могут существенно упростить и удешевить очистку воды от синтетических и биологических загрязнений, переработку углекислого газа, а также производство водорода – экологически чистого топлива. Несмотря на огромный потенциал этих технологий, их применение в промышленных процессах пока еще ограничено. Это связано с тем, что доступные и недорогие фотокатализаторы малоэффективны и в основном поглощают ультрафиолет, составляющий всего несколько процентов солнечного спектра, а новые материалы очень дороги и не производятся в необходимых количествах.
Аспирант НОК ИФХЭ РАН Максим Соколов держит кювету с раствором, очищенным от загрязняющего вещества / © 2024 Мария Калинина, ИФХЭ РАН
Несмотря на огромный потенциал этих технологий, их применение в промышленных процессах пока еще ограничено. Это связано с тем, что доступные и недорогие фотокатализаторы малоэффективны и в основном поглощают ультрафиолет, составляющий всего несколько процентов солнечного спектра, а новые материалы очень дороги и не производятся в необходимых количествах.
Авторы доказали этот эффект, в два раза ускорив фотокаталитическое разложение органического загрязняющего вещества в экспериментальной каталитической ячейке, куда помещали водный раствор с фотокатализатором и к которой прикладывали внешнее поле.
«Использованная нами фотокаталитическая ячейка с бесконтактным внешним источником поля – доступная, дешевая и экологичная технология. Наша технология – это "фотокатализ в конденсаторах", а конденсаторы могут заряжаться в том числе и от солнечного света и не требуют обязательного постоянного подключения ячейки к сети. Вполне можно представить себе, что ее удастся модифицировать так, чтобы использовать электрические поля от высоковольтных линий электропередач для работы систем очистки воды или модулей для химического синтеза. В дальнейшем мы планируем исследовать катализаторы с другими красителями в составе, чтобы определить, какие из них обладают максимальной активностью», – рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Мария Калинина, доктор химических наук, профессор РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории биоэлектрохимии ИФХЭ РАН.
В исследовании принимали участие сотрудники Московского педагогического государственного университета (Москва), Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (Екатеринбург) и Университета Регенсбурга (Германия).
По материалам: Electric field-induced amplification of graphene oxide's visible light photocatalytic activity. Alsu G. Nugmanova, Maxim R. Sokolov, Alexey E. Alexandrov, Maria A. Kniazeva, Ivan Yu. Eremchev, Andrey V. Naumov, Danil W. Boukhvalov, Burkhard König and Maria A. Kalinina. J. Mater. Chem. A, 07 January 2025, Issue 1, Volume 13, 200-204. DOI: 10.1039/D4TA06034B
Источники:
Пресс-служба РНФ 18/12/2024
Сетевое издание Коммерсантъ. Наука 18/12/2024
В других источниках:
Официальный сайт Десятилетия науки и технологий в России Наука.рф 18/12/2024