Новый материал — двумерная пластина из графитоподобного нитрида углерода — представляет собой фотокатализатор: когда на него попадает свет, он испускает электроны, создавая разрушительные химикалии на основе кислорода, которые и уничтожают микробы. Об этом исследователи написали в материале, опубликованном в журнале Chem.
Эта разработка смогла избежать недостатков других подобных технологий. В самых эффективных из современных фотокатализаторов содержатся металлы, которые могут попасть в воду в виде токсичных загрязнителей. Есть и другие — неметаллические фотокатализаторы, — но они менее эффективны, поскольку сильнее удерживают электроны.
Материаловед Гуайчу Ван из Технологического университета Сиднея и его коллеги создали сверхтонкие пластины из графитоподобного нитрида углерода и добавили к нему химические группы вроде кислот и кетонов, которые уводят электроны к краям пластин. Там электроны «перепрыгивают» на атомы кислорода в воде и формируют кислородные химикалии наподобие пероксида водорода, которые и уничтожают микробы.
Разработка уничтожила 99,9999% бактерий, включая E. coli (кишечную палочку) в 50-миллилитровом образце воды. Это соответствует уровню эффективности лучшего катализатора на основе металла. Более того, он убил микробы всего за 30 минут — это быстрее, чем предыдущий неметаллический фотокатализатор, которому понадобилось более часа.
Затем команда прикрепила нанопластины к внутренней стороне пластиковых пакетов, очистив 10 литров воды за час.
«Мы стремились разработать эффективный способ использования солнечного света для получения воды для слаборазвитых или отдаленных регионов без централизованного снабжения», — говорит Ван. Он также отметил, что сочетание углерода и азота должно сделать материал недорогим. Далее исследователи намереваются работать совместно с инженерами, чтобы масштабировать разработку для коммерческого применения.