Новый «солнечный» катализатор на основе сульфида молибдена для очистки воды разработали ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из ДВФУ, Фуданьского университета (КНР) и Университета Токай (Япония). Новый материал отличается высокой фотокаталитической активностью, которая в разы превышает активность известных материалов такого класса, а также обладает высокой стабильностью свойств и может использоваться многократно. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Nanomaterials.
Загрязнение водной среды промышленными выбросами, а также отходами химической, фармацевтической и косметической промышленности представляет реальную угрозу для всего живого на Земле и снизить уровень загрязнения воды уже становится жизненно необходимой задачей. Поэтому перед учеными стоит задача минимизировать количество вредных выбросов, а также разработать эффективные методы очистки воды от этих выбросов.
Фотокаталитическое разложение под действием солнечного света является технологией с минимальным техногенным воздействием на окружающую среду, поскольку в ней используется только естественный солнечный свет и катализатор. Поэтому использование нетоксичных фотокатализаторов позволяет создать «зеленую технологию» по переработке вредных выбросов, аналогичную природному фотосинтезу.
Суть технологии проста – если фотокатализатор добавить в воду, загрязненную органическим химическим соединением, и посветить ультрафиолетом или солнечным светом, то это соединение разложится на безопасные соединения, как вода и углекислый газ. Очевидно, что сами катализаторы не должны наносить урон окружающей среде и должны быть нетоксичны, иметь большой ресурс работы, а также производиться по «зеленой технологии». Учитывая все эти аспекты, становится понятно, что разработка фотокатализаторов, а также методов их производства представляет серьезную научно-техническую задачу.
Сульфид молибдена — один из перспективных катализаторов фоторазложения органических загрязнителей в воде. «Его активность возникает из-за ненасыщенных связей у серы и увеличивается с введением структурных дефектов и/или кислородных замещений. Поэтому мы предположили, что аморфный оксисульфид молибдена должен иметь множество активных центров и, соответственно, высокую каталитическую активность», — поясняет один из авторов публикации, научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Андрей Матвеев.
Международный научный коллектив из НИТУ «МИСиС», Фуданьского университета (Шанхай, Китай), Дальневосточного федерального университета и Университета Токай (Япония) разработал новый метод синтеза наногибридов из аморфного оксисульфида молибдена (a—MoSxOy) и оксинитрида бора (h—BNxOy) и изучил их активность в процессе фотодеградации органического соединения (метиленового синего), как модельного органического загрязнителя.
«Нами разработан новый метод синтеза наногибридов a—MoSxOy/h—BNxOy в результате химической реакции между MoCl5, H2S и h—BNxOy в диметилформамиде. Основное отличие данного метода от традиционных методов синтеза дисульфида молибдена состоит в том, что синтез протекает не через восстановление MoO3 кластеров, а в результате обменной реакции между MoCl5 и H2S, при этом замещение серы кислородом происходит за счет реакции с оксинитридом бора, выбранным в качестве носителя катализатора. Это приводит к образованию Mo—Sx—Oy кластеров с большим количеством ненасыщенных химических связей серы, что и определяет высокую фотокаталитическую активность этого материала. Использование жидкой среды для синтеза обеспечивает однородное осаждение MoSxOy, а относительно низкая температура синтеза обеспечивает его аморфное состояние», — добавляет Андрей Матвеев.
Лабораторные опыты показали, что наногибриды стабильны и сохраняют высокую активность в течение длительного времени. Разработчики подчеркивают, что новый материал примерно в 10-100 раз более эффективен, чем многие аналогичные материалы того же класса (не содержащие благородных металлов). Оба компонента наногибридов — нетоксичны и химически стабильны.
Работы выполнены в рамках проведения фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами, проект РНФ № 21-49-00039.
Пресс-служба НИТУ «МИСиС»
10.12.2021
Нет комментариев