Диоксид титана традиционно применяют в системах очистки воды и воздуха для уничтожения примесей органических соединений. Однако стандартные катализаторы активируются только ультрафиолетовым излучением, на которое приходится лишь 5% солнечного спектра. Новосибирские исследователи поставили задачу расширить этот диапазон, создав высокоактивные материалы, чувствительные к видимому свету, доля которого в спектре достигает 45%.
Для достижения цели ученые использовали принцип биомиметики — заимствования форм живой природы. В качестве базовой структуры для синтеза выступила овечья шерсть. Волокна пропитали раствором соединений титана в мягких гидротермальных условиях при температуре 115 градусов, после чего материал прокалили при 600 градусах. В ходе термической обработки биотемплат выгорает, оставляя после себя дефекты в структуре диоксида титана, которые и обеспечивают поглощение в видимом диапазоне.
«При термической обработке основа из шерстяных волокон выгорает, но из-за высокой температуры происходит диффузия ее элементов в структуру образующегося диоксида титана — из-за этого образуются примеси и дефекты в виде ионов титана и кислородных вакансий. Результат синтеза — нанокристаллы диоксида титана в форме анатаза и рутила с размером 15–20 нм. Сам по себе диоксид титана белый, а полученный фотокатализатор имеет кремовый цвет, и это значит, что он поглощает свет в видимом диапазоне», – пояснил ведущий научный сотрудник ИК СО РАН Дмитрий Селищев.
Новую разработку планируют применять не только в медицинских учреждениях и на вредных производствах, но и для очистки сточных вод от фармацевтических препаратов. Использование возобновляемого биоматериала делает технологию перспективной с точки зрения принципов зеленой химии. В дальнейшем исследователи намерены создать на основе полученного фотокатализатора специальные самоочищающиеся покрытия.
