Учеными из Исследовательского института энергетической безопасности (ESRI) в Университете Суонси был разработан новый композиционный материал, который в перспективе может стать катализатором для деградации экологически вредных синтетических загрязнителей в виде красителей. В воду ежегодно попадает почти 300 000 тонн таких красителей.
Этот новый неопасный фотокаталитический материал отлично удаляет красители из воды, адсорбируя свыше 90% и увеличивая скорость распада красителя почти в 10 раз с использованием видимого света.
При нагревании реакционной смеси при высоких давлениях внутри герметичного контейнера композит синтезируется путем выращивания тончайших «нанопроводов» оксида вольфрама на поверхности частиц нитрида тантала. В результате невероятно малого размера двух компонентов (менее 40 млрд. доли метра в диаметре) композит обеспечивает большую площадь поверхности для захвата красителя.
Затем материал начинает разрушать краситель на мелкие безвредные молекулы используя лишь солнечный свет, в процессе, известном как «фотокаталитическая деградация». После удаления вредных красителей катализатор можно легко отфильтровать из воды и использовать снова.
В то время как фотокаталитическая деградация красителей уже была исследована, только сравнительно недавно исследователи разработали материалы, способные поглощать видимую часть солнечного спектра — другие материалы, такие как диоксид титана, также способны разрушать красители, используя солнечную энергию, но их эффективность ограничена, так как они поглощают только ультрафиолетовый свет. Используя более широкий диапазон спектра, такие материалы, как те, которые используются командой ESRI, способны удалять загрязнители с более высокой скоростью.
Оба материала, использованные в работе, в последние годы вызвали значительный интерес. Оксид вольфрама считается одним из наиболее перспективных материалов благодаря высокой электропроводности, химической стабильности и поверхностной активности при способности сильно поглощать свет. А нитрид тантала — полупроводник с низкой полосой пропускания — способен поглощать почти полный спектр видимого света и потому выделяет большое количество энергии для процесса деградации.
На настоящий потенциал двух материалов удалось узнать только после их объединения в единый композит. Из-за обмена электронами между этими двумя материалами краситель, используемый в исследовании, был разрушен композитом примерно в два раза быстрее чем одним лишь нитратом тантала, в то время как оксид вольфрама один неспособен к деградации красителя. В отличие от других известных фотокаталитических материалов, многие из которых токсичны для природы, все материалы композита не опасны.
Ученые также рассматривают применение композита в других областях, таких как фотокатализированное разделение воды на водород.