Международный коллектив исследователей создал трёхкомпонентный фотокатализатор, который под действием видимого света обеспечивает 42%-ноеокисление оксида азота при образовании всего 0,9% побочного диоксида азота. Разработка открывает перспективы для создания новых систем очистки воздуха и функциональных строительных покрытий.
Учёные Института органической и физической химии им. А. Е. Арбузова ФИЦ КазНЦ РАН и Казанского федерального университета совместно с коллегами из Юго-Западного нефтяного университета Китая разработали новый нанокомпозит для фотокаталитической очистки воздуха от оксида азота.
Оксиды азота относятся к распространённым атмосферным загрязнителям. Они образуются, в частности, при сжигании топлива и негативно влияют на здоровье человека и состояние окружающей среды. Одним из перспективных методов борьбы с такими соединениями является фотокатализ — процесс, при котором свет активирует химические реакции на поверхности специального материала. Однако при окислении оксида азота (NO) традиционными фотокатализаторами может образовываться диоксид азота (NO₂), который также представляет опасность для здоровья. Поэтому важная задача исследователей — не только повысить эффективность очистки, но и предотвратить появление нежелательных продуктов реакции.
Для решения этой задачи авторы объединили три компонента: модифицированный азотом оксикарбонат висмута, квантовые точки фосфида индия и молибден-модифицированный нитрид углерода. Каждый из них выполняет определённую функцию: усиливает поглощение света, участвует в переносе электрических зарядов или способствует управлению химическими реакциями на поверхности материала.
Научная новизна работы заключается в создании трёхкомпонентной системы с согласованными оптическими и электронными свойствами, которая позволяет одновременно повысить эффективность окисления оксида азота и существенно подавить образование диоксида азота. Исследователи изучили взаимодействие компонентов и установили роль активных кислородсодержащих частиц в протекании фотокаталитической реакции.
В лабораторных испытаниях при облучении видимым светом наилучшие результаты показал композит с содержанием молибден-модифицированного нитрида углерода 5% по массе относительно исходного композита. Эффективность окисления NO составила 42%, а показатель образования NO₂ — всего 0,9%. Для сравнения, у исходного материала без третьего компонента образование диоксида азота через 30 минут испытания составляло 5,8%.
Полученные результаты демонстрируют возможность управлять не только эффективностью фотокатализа, но и селективностью химического процесса, снижая риск вторичного загрязнения воздуха продуктами реакции.
Практическое значение разработки связано с перспективой создания фотокаталитических фильтров для очистителей воздуха и функциональных строительных покрытий, способных участвовать в удалении газообразных загрязнителей под действием света. При этом для перехода к практическому применению необходимо провести дополнительные исследования долговременной стабильности материала, повысить устойчивость его компонентов и разработать способы закрепления катализатора на подходящих поверхностях.
Исследование расширяет возможности проектирования многофункциональных наноматериалов для экологических технологий, в которых важны одновременно эффективность очистки воздуха и минимизация образования токсичных побочных соединений.
Результаты исследования опубликованы в журнале Topics in Catalysis.
Фото: ФИЦ КазНЦ РАН
Источник: Минобрнауки России
