Команда ученых из России предложила новые активные фотокатализаторы на основе природных алюмосиликатных нанотрубок с квантовыми точками сульфида кадмия на поверхности, которые синтезировались по принципу самосборки. Подобные катализаторы могут быть использованы для получения экологически чистого топлива, создания самоочищающихся поверхностей, обеззараживания медицинских инструментов и воды. Кроме того, они не токсичны для живых организмов. Результаты работы опубликованы в журнале Chemistry–A European Journal.
Коллектив ученых из Института фундаментальной медицины и биологии КФУ, Российского государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина и Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН синтезировал новый фотокатализатор, представляющий собой природные алюмосиликатные нанотрубки диаметром до 20 нанометров (10-9 м). На их поверхности внутри и снаружи было сформировано около 50 квантовых точек сульфида кадмия, с небольшой примесью со-катализатора рутения для улучшения катализа и защиты от коррозии. Ученые также разработали метод самосборки наночастиц на поверхности нанотрубок, который и был применен при синтезе квантовых точек. Технология позволила увеличить квантовый выход реакции выделения водорода из водных растворов более чем на 9%.
«Квантовые точки — это наночастицы полупроводников размером до 10 нанометров, обладающие уникальными оптическими свойствами. Они нашли применение во многих отраслях промышленности, включая фотонику, сенсорные технологии, биомедицину, — рассказывает один из исследователей, главный научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории ИФМиБ КФУ «Бионанотехнологии» Равиль Фахруллин. — Совместное исследование показало, что использование природных алюмосиликатных нанотрубок в качестве носителей для квантовых точек сульфида кадмия позволяет создать эффективные и малотоксичные фотокатализаторы, активные под действием видимого излучения».
По словам ученых, создание новых фотокатализаторов является одним из наиболее перспективных направлений в современной химии. Такие катализаторы позволяют эффективно использовать наиболее доступный нам источник энергии — солнечный свет. Они могут применяться для разложения воды на кислород и водород, что позволяет получать безопасное и экологически чистое топливо в неограниченных количествах. При помощи фотокатализаторов можно создавать самоочищающиеся поверхности, легко стерилизуемые медицинские инструменты, очищать воду от органических загрязнений и патогенных микроорганизмов.
Материалы, применяемые для фотокатализа, кроме способности к ускорению реакции должны обладать устойчивостью и не вызывать токсических эффектов в отношении организма. Для исследования влияния разработанных нанотрубок и квантовых точек на живые системы ученые протестировали действие фотокатализаторов в организме почвенной нематоды и оценили распределение наноматериалов в органах, длину тела и репродуктивную способность. Результаты не выявили острого негативного эффекта. Фотоактивные наноматериалы не были обнаружены за пределами кишечного тракта нематод, что является хорошим показателем для наносистем, многие из которых проникают в органы и ткани и отрицательно влияют на организм.
