Источником фенола чаще всего являются стоки предприятий нефтеперерабатывающей, лесохимической и лакокрасочной промышленности. Фенолосодержащие соединения поглощают растворенный в воде кислород, а потому их попадание в реки и озера чревато ущербом для живой среды. Очистка сточных вод от таких соединений требует использования дорогостоящих реагентов и последующей утилизации образующихся токсичных отходов.

Ученые Университета МИСИС и Фуданьского университета предложили очищать загрязненную воду путем добавления в нее гексагонального нитрида бора (h-BN) – порошка с высокой химической стабильностью и большой площадью поверхности. Этот порошок играет роль фотокаталитического фильтра, который окисляет фенолосодержащие соединения до воды и диоксида углерода под воздействием ультрафиолетового света – соответствующая химическая реакция происходит на границе между поверхностью фотокатализатора и водного раствора.

Правда, недостатком h-BN оказалась большая ширина запрещенной зоны – энергетического зазора, который необходимо преодолеть электрону для активации процесса фотокатализа. Чем больше эта величина, тем выше потребность в использовании специальных источников излучения. Уменьшить ширину запрещенной зоны ученым удалось за счет шарового размола порошка, т.е. измельчения и пластической деформации.

«Мы обнаружили, что за счет создания большого количества дефектов структуры нитрида бора происходит снижение ширины запрещенной зоны. В результате такого изменения также происходит увеличение поглощения света и времени жизни электронов в возбуждённом состоянии. При воздействии ультрафиолетового света на наш материал в воде образуются активные гидроксильные радикалы, которые окисляют фенол до диоксида углерода и воды», — цитирует НИТУ МИСИС Дениса Лейбо, сотрудника научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» одноименного университета.

При этом в дальнейшем авторы исследования предлагают использовать в качестве фотокатализатора гетероструктурные материалы на основе дефектного нитрида бора – это позволит осуществлять фотокаталитическое окисление под воздействием видимого света, а не ультрафиолета.