Ученые Губкинского университета приняли участие в разработке нового типа фотокатализаторов

Коллектив ученых РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, Института фундаментальной медицины и биологии КФУ и Института катализа СО РАН синтезировал новые активные фотокатализаторы, которые могут использоваться для получения экологически чистого топлива, создания самоочищающихся поверхностей, обеззараживания медицинских инструментов и воды. Результаты работы опубликованы в журнале Chemistry–A European Journal.

Разработкой методов синтеза и исследованием материалов занимались сотрудники РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина: заведующий кафедрой физической и коллоидной химии Владимир Винокуров, старший научный сотрудник Анна Ставицкая, старший научный сотрудник Александр Глотов, ведущий научный сотрудник Евгений Иванов, ведущий научный сотрудник Равиль Фахруллин, заведующий лабораторией функциональных алюмосиликатных наноматериалов Юрий Львов. Фотокаталитические свойства и стабильность катализаторов были изучены в Институте катализа СО РАН.
Новый активный фотокатализатор представляет собой квантовые точки, нанесенные на природные алюмосиликатные нанотрубки диаметром до 20 нанометров (10-9 м). Около 50 квантовых точек сульфида кадмия были синтезированы на поверхности природных нанотрубок с использованием разработанного учеными метода самосборки. В исследованиях на модельных организмах катализатор не проявил токсических эффектов и не повлиял на их жизнедеятельность.
«Нами разработан метод самосборки наночастиц на поверхности природных нанотрубок, который был использован для синтеза квантовых точек сульфида кадмия. Его применение позволило увеличить квантовый выход реакции выделения водорода из водных растворов до 9%. В качестве так называемого «со-катализатора» нами был выбран рутений. Известно, что добавление малых количеств рутения приводит к увеличению активности подобных фотокатализаторов в десятки и сотни раз. Его использование позволило предотвратить побочные процессы перераспределения зарядов и реакции, которые снижают количество выделяющегося водорода. Интересно отметить, что на стабильность синтезированных фотокаталитических систем большое влияния оказывает отношение серы к кадмию в наночастице сульфида. При достижении определенного значения стабильность системы резко снижается», – отметила старший научный сотрудник кафедры физической и коллоидной химии РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина Анна Ставицкая.

По словам ученых, создание новых фотокатализаторов является одним из наиболее перспективных направлений в современной химии. Такие катализаторы позволяют эффективно использовать наиболее доступный источник энергии – солнечный свет. Катализаторы могут применяться для разложения воды на кислород и водород, что позволит 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.
Одним из препятствий к внедрению фотокаталитических систем на основе халькогенидов кадмия являются споры о токсичности в отношении живых организмов. Для изучения острой токсичности ученые изучили влияние фотокатализаторов на организм почвенных нематод. Острых токсических эффектов не было выявлено. Также было  показано, что созданные наноматериалы не проникают за пределы кишечного тракта нематод. Эти данные являются хорошим показателем для наносистем, многие из которых диффундируют в органы и ткани модельных организмов и отрицательно влияют на их жизнедеятельность.