Ученые повысили активность фотокатализаторов с помощью электрического поля
Активность фотокатализаторов на основе оксида графена повысили с помощью внешнего электрического поля ученые из Института физической химии и электрохимии (ИФХЭ) им. А. Н. Фрумкина РАН (Москва) с коллегами, 18 декабря сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу Российского научного фонда.
Российские химики впервые успешно применили статическое внешнее электрическое поле для повышения фотокаталитической активности фотокатализаторов на основе оксида графена (соединение углерода, водорода и кислорода). Им удалось более чем в два раза повысить активность таких фотокатализаторов, что было доказано ими при использовании катализатора в реакции по разрушению органического загрязняющего вещества.
Сделанное ими открытие может стать основой для разработки новых экологически чистых способов очистки воды, производства водорода и химического синтеза.
Фотокатализ — ускорение химических реакций катализаторами, использующими при облучении светом энергию фотонов для образования свободных радикалов, которые разрушают вредные вещества в случае применения такого катализатора для очистки воды от загрязнений.
Использование фотокатализаторов, у которых каталитические свойства инициируются видимым солнечным светом, может упростить и удешевить очистку воды от микропластика и биологических загрязнений, переработку углекислого газа в полезные продукты и производство водорода.
Проблема лишь в том, что существующие в настоящее время недорогие фотокатализаторы малоэффективны и в основном инициируются ультрафиолетом, который составляет лишь несколько процентов солнечного спектра. Новые же, более эффективные, слишком дороги, и не существует их массового производства.
Одним из самых дешевых и доступных наноматериалов, реагирующих на электрическое поле (но не на солнечный свет), является оксид графена. Исследователи из ИФХЭ РАН модифицировали частицы оксида графена органическими красителями, которые сделали его чувствительными также и к свету.
Они экспериментально доказали этот эффект, создав специальную каталитическую ячейку, в которую налили водный раствор с модельным органическим загрязнителем и разработанным фотокатализатором, Приложение к такой ячейке внешнего электрического поля в два раза ускорило фотокаталитическое разложение загрязнителя.
Результаты исследования улучшенного катализатора были представлены в статье «Усиление фотокаталитической активности оксида графена в видимом свете под действием электрического поля» (Electric field-induced amplification of graphene oxide’s visible light photocatalytic activity), опубликованной в Journal of Materials Chemistry A.
Руководитель проекта, ведущий научный сотрудник Лаборатории биоэлектрохимии ИФХЭ РАН, профессор РАН, доктор химических наук Мария Калинина рассказала о проделанной коллективом работе:
«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 планах ученых продолжать исследования фотокатализаторов, используя в качестве добавки других красителей, чтобы определить наиболее активные из них.
В команду исследователей вошли также сотрудники Московского педагогического государственного университета, Уральского федерального университета из Екатеринбурга и Университета Регенсбурга из Германии.
