Российские и эмиратские ученые создали «зеленые» фотокатализаторы для очистки воды

Новые материалы на основе оксида ниобия и лития разрушают загрязнители под действием видимого света, очищая раствор на 90% за 150 минут.

Ученые разработали новые высокоэффективные фотокатализаторы на основе соединений ниобия, лития и кислорода. Эти материалы способны очищать воду от красителей, пестицидов и других загрязнений, используя видимый свет, и при этом наносят минимальный ущерб окружающей среде. Об этом ТАСС сообщили в пресс-службе МФТИ.

Фотокатализ считается одной из самых перспективных технологий очистки воды и воздуха. Принцип работы заключается в использовании энергии солнечного света для разложения токсичных органических соединений. Однако большинство существующих катализаторов эффективны только под ультрафиолетовым излучением, которое составляет лишь около 5 процентов солнечного спектра. Остальные 50 процентов энергии, приходящиеся на видимый диапазон, остаются невостребованными.

Физики нашли способ решить эту проблему, экспериментируя с катализаторами на базе оксида ниобия. В теории эти материалы способны поглощать видимый свет, но для этого требовалось создать условия, препятствующие рекомбинации — повторному соединению зарядов, возникающих при взаимодействии света с катализатором.

Ученые обнаружили, что нужного эффекта можно добиться, добавив в оксид ниобия небольшое количество лития, поместив полученный кристаллический материал под тонкий слой воды и обработав его мощными короткими лазерными импульсами. В результате в кристаллической решетке образуются точечные дефекты, способствующие эффективному разделению зарядов.

Как пояснил старший научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Илья Завидовский, дефекты позволяют материалу поглощать видимый свет и продлевают время жизни зарядов. Носители заряда успевают достичь поверхности наночастиц и преобразовать кислород и воду в активные формы — гидроксильные радикалы и супероксид-анионы, которые и разрушают загрязнители.

Эксперименты подтвердили высокую эффективность разработки. Новый структурированный нанокатализатор разрушает молекулы красителей примерно в 2,3 раза быстрее, чем аналоги на базе аморфного оксида ниобия. Всего за 150 минут обработки он очистил раствор на 90 процентов.