«Умный» фотокатализатор разрушил загрязнители сточных вод с помощью солнечного света всего за полчаса
Ученые синтезировали уникальный материал — гибридный фотокатализатор, состоящий из органического и неорганического нанокомпонентов. Под действием видимого и ультрафиолетового света он генерирует свободные радикалы, которые с эффективностью более 90 процентов разрушают органические загрязнители, попадающие в сточные воды от химических производств. Кроме того, новый фотокатализатор в 11 раз быстрее аналогов подавляет рост бактерий Escherichia coli — микроорганизма, активно размножающегося в сточных водах. Полученный материал потенциально может использоваться при очистке сточных вод от токсинов, красителей и других соединений, использующихся в химической промышленности, а также при их обеззараживании от микроорганизмов.
Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Advanced Materials and Interfaces. Твердые фотокатализаторы — это активно развивающийся класс «зеленых» материалов, способных преобразовывать энергию света в химическую, которая может быть использована для очистки сточных вод. Под действием света такие материалы генерируют активные частицы — свободные радикалы, — которые разрушают прочные химические связи в молекулах загрязнителей, тем самым обеспечивая процесс очистки. В то же время существующие технологии сборки фотокатализаторов трудоемкие и дорогие, что ограничивает их широкое применение.
Ученые из Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН (Москва) разработали гибридный фотокатализатор, объединяющий органический и неорганический компоненты. В его состав входят порфирины — окрашенные соединения, способные поглощать видимый свет, — а также наночастицы дисульфида молибдена толщиной в один атомный слой.
Чтобы соединить эти компоненты, авторы использовали метод нековалентной самосборки, когда между молекулами и частицами устанавливаются слабые взаимодействия, но, поскольку таких взаимодействий много, все компоненты оказываются вовлечены в химический процесс. Так как фотокатализатор самособирается при последовательном смешивании всех компонентов и практически не расходует энергию, разработанный подход удешевляет синтез фотокатализаторов. Кроме того, такой метод одновременно решает проблему их утилизации: компоненты материала легко разделяются в подходящем растворителе, а потому могут использоваться повторно.
В отличие от других известных твердых фотокатализаторов на основе оксида графена, при облучении ультрафиолетовым или видимым светом синтезированный материал проявлял «умные» свойства и генерировал разные активные частицы: гидроксильные радикалы, водород-радикалы и синглетный кислород, обладающий более высокой энергией, чем молекулярный кислород. При этом под действием видимого света образцы не испускали собственного излучения, тогда как при облучении ультрафиолетом они светились красным. Таким образом, по наличию или отсутствию излучения ученые понимали, какие активные частицы испускает фотокатализатор, и могли контролировать режим его работы. При облучении видимым светом вместе с ультрафиолетом материал разрушал модельный органический загрязнитель с эффективностью более 90 процентов всего за полчаса.
Ученые исследовали также антибактериальные свойства нового материала. Для этого образец нанесли на чашку Петри с колониями Escherichia coli — бактерии, в большом количестве обитающей в сточных водах. Оказалось, что за 10 минут фотокатализатор с помощью видимого света уничтожил 34 процента бактериальных колоний, тогда как контрольный образец без фотокатализатора справился только с тремя процентами колоний.
«Мы уверены, что предложенный метод синтеза позволит добиться будущего прогресса в области создания «зеленых» фотокатализаторов. Он позволит снизить нагрузку на окружающую среду, поскольку уменьшит затраты на их производство и даст возможность повторно применять компоненты отработанных материалов в новых наноустройствах.
В дальнейшем мы планируем использовать более сложные сочетания различных двумерных наночастиц и молекул-хромофоров для создания управляемых «умных» материалов, способных к переключению между режимом фотокатализа и режимом катализаторов и искусственных ферментов, чтобы применять их для замкнутых химических циклов, в которых отходы химического производства утилизируются или идут в переработку одновременно с выпуском продукции», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Мария Калинина, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно