Российские ученые синтезировали новые фотокатализаторы — вещества, способные под действием видимого света превращать кислород в его активную форму, которая может разлагать токсичные органические соединения, причем в десятки раз дешевле, чем при использовании существующих технологий, сообщили в Российском научном фонде.

При работе на текстильных и фармацевтических предприятиях образуются химические отходы, например, ароматические углеводороды или полупродукты — вещества, оставшиеся от радиации, лекарственных средств, опасные для окружающей среды. Поэтому их нужно расщеплять до нетоксичных соединений воды и углекислого газа. Обычно такие реакции проводят с помощью так называемого синглетного кислорода — молекулы с более высокой энергией, чем у обычного кислорода. Благодаря этой энергии, синглетный кислород активнее соединяется с органическими веществами и сильнее окисляет их, из-за чего последние разрушаются.

Сейчас синглетный кислород получают с помощью ультрафиолетового света и металлических катализаторов, но у них есть два недостатка: они достаточно дороги, а также опасны для живых организмов в воде, например, они убивают фитопланктон, которым питаются рыбы. Поэтому ученые ищут более дешевые и безопасные способы получения синглетного кислорода для изложения опасных органических отходов и для изготовления лекарств.

Ученые из Ивановского государственного химико-технологического университета, совместно с коллегами из других российских научных организаций, синтезировали шесть фотокатализаторов, которые производят синглетный кислород под действием видимого света — солнечного или света LED-лампы. Это происходит за счет того, что катализатор получает энергию света, а затем передает ее на молекулы кислорода, тем самым активируя их. Авторы исследования выяснили, что на свету эти фотокатализаторы превращают обычный кислород в синглетный с эффективностью от 49% до 62%. Для сравнения, широко используемые катализаторы на основе соединений титана и вольфрама обеспечивают эффективность превращения на уровне 30%.

По мнению исследователей, полученные фотокатализаторы можно применять на очистных сооружениях фабрик и заводов, потому что именно под влиянием света малой мощности от относительно дешевых LED-ламп они будут превращать обычный кислород в синглетную форму. Она, в свою очередь, будет разрушать полупродукты лекарств и ароматические углеводороды до воды и углекислого газа. По оценкам ученых, использование видимого света для получения синглетного кислорода значительно удешевит процессы чистки, поскольку LED-лампы дешевле ультрафиолетовых в среднем в 65-70 раз.

Кроме того, эксперименты показали, что полученные учеными фотокатализаторы с эффективностью до 100% превращают сульфиды в сульфоксиды, входящие в состав лекарств для противораковой терапии и лечения заболеваний нервной системы. Более того, как полагают авторы исследования, новые фотокатализаторы могут применяться до 1 тыс. раз без потери эффективности, что сопоставимо с фотокатализаторами, используемыми в промышленности для образования сульфоксидов.

«Мы планируем протестировать фотокатализаторы с разной химической структурой, а также испытать их в паре с другими веществами, разлагающими загрязнители, например, диоксидом титана, нитридом углерода и графеном. Это позволит улучшить не только свойства используемых сейчас фотокатализаторов, но и разработать новые технологии разложения токсичных химических соединений в воде», — сказал руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, старший научный сотрудник лаборатории синтеза и исследования парферозеноидов Ивановского государственного химико-технологического университета Иван Скворцов.

В исследовании также участвовали ученые из Российского технологического университета МИРЭА (Москва), Института физической химии и электрохимии имени Фрумкина РАН (Москва) и Института химии растворов имени Крестова РАН (Иваново).