Свет и титан очищают воду и воздух
Тонкие пленки из оксида титана способны под воздействием света очищать воду и воздух от вредных органических веществ.
Физики из Уральского федерального университета (УрФУ) и Уральского отделения Российской академии наук (УрО РАН) разработали новую технологию очистки воды и воздуха от вредных органических веществ. Они вырастили тонкие пленки из нанотрубок диоксида титана, которые, поглощая фотоны солнечного или искусственного света видимого спектра, ускоряют процесс разложения загрязняющих среду органических примесей.
Испытания в Институте катализа Сибирского отделения РАН показали, что созданный фотокатализатор обладает высоким коэффициентом полезного действия и в два раза продуктивнее существующих аналогов. Авторы изобретения объясняют это его особыми качествами — повышенной площадью, на которой происходит взаимодействие со средой, и специфической неправильностью кристаллической решётки. Последнее связано с тем, что химический состав соединения отличается от «правильного» (стехиометрического), когда химические элементы присутствуют в строго определенном соотношении.
Как подчеркивает руководитель научного проекта академик РАН, директор Института металлургии УрО РАН и профессор УрФУ Андрей Андреевич Ремпель: «Наша разработка не только экономически эффективна, но, что самое главное, экологична. Используя солнечный свет, мы обходимся без дополнительных источников энергии, без вредного ультрафиолета. Более того, с помощью диоксида титана можно извлекать водород, это делается путем расщепления обыкновенной воды на водород и кислород. Эта технология тоже способствует развитию „чистой“ водородной энергетики. Водород можно получить по-разному, в том числе энергоемкими способами (таким, как электрохимия), которые к тому же требуют строительства гидроэлектростанций или других источников электроэнергии, следовательно, ведут к урону природе. Мы же создаем такие условия, чтобы технологии работали в соответствии с принципами „зеленой“ химии, не нанося вреда окружающей среде».
Кроме того, разработанная структура из нанотрубок диоксида титана открывает новые возможности для разработки элементов наноэлектроники, например, ячеек памяти на мемристорах (элемент, способный менять своё сопротивление в зависимости от протекшего через него заряда), твердотельных синапсов для технологий искусственного интеллекта, а так же для создания солнечных батарей и газовых сенсоров.
«На Урале очень высокая концентрация титано-магнетитовых руд, из которых можно получать диоксид титана. Можно сказать, мы ходим ногами по сырью для „выращивания“ нанотрубок. С давних пор из этих руд выплавляют чугун, затем стали изготовлять сталь, в конце прошлого века начали получать наноматериалы, а сегодня мы создаем наноматериалы для „зеленой“ химии и энергетики», — добавил А.А. Ремпель. Причём предприниматели Екатеринбурга и Свердловской области готовы приступить к выпуску нанотрубок диоксида титана и высокотехнологичных изделий из них в промышленных объемах.
Работы по различному применению диоксида титана в настоящее время ведутся во всем мире. УрО РАН и УрФУ сотрудничают в этом направлении с коллегами из России, Германии, Австрии, Японии. Описанию мирового и отечественного опыта и перспектив данного направления современной науки и производства будет посвящена обзорная статья «Нанотрубки диоксида титана: синтез, структура, свойства и применение», которую в настоящее время готовит к публикации группа академика Ремпеля.
По материалам Уральского федерального университета.
9 февраля 2020
Статьи по теме:
