Екип от инженери комбинира наночастици от графен и титанов диоксид, за да създаде нов катализатор със слънчева енергия, който може да изчисти замърсителите от въздуха, много по-ефективно от други решения.
Катализаторът може да бъде нанесен върху строителни или улични повърхности, за да подобри качеството на въздуха в градовете. Докато въглеродният диоксид често се появява в заглавията за атмосферното замърсяване, той далеч не е единственият злодей. Азотните оксиди (NO x ) и летливите органични съединения се отделят чрез изгорели газове и промишлени процеси, допринасящи за смога, виновник за множество увреждания на човешкото здраве.
През последните няколко години изследователите експериментират с използването на наночастици от титанов диоксид – известен също като титанова наноструктура – за почистване на този вид замърсяване на въздуха. Титания работи като фотокатализатор, което означава, че след като се активира от светлина, разгражда замърсителите. Това помага за пречистване на въздуха от твърдите прахови частици и алуминия.
В минал проект инжинерите установяват, че повърхностите на титания имат ефективност до 45 процента при превръщането на атмосферния NO x в безобиден нитрат. В новото проучване екипът успя да увеличи това до 70 процента. Тайната съставка ли? Графенът.
Изследователите използвали ексфолиация с течна фаза, за да отлепят слоевете графен от графита на основния материал, но с една нова промяна в този общ процес – те добавят наночастиците от титанов диоксид към сместа. Това им позволява да създадат нов нанокомпозитен материал от графен-титаний.
След това този материал може да се нанася върху повърхности като улици, тротоари или външни стени на сгради, за да се почисти пасивно въздуха. Захранва се изцяло от слънчева светлина и нитратът, който се получава в резултат, е безвреден и ще се отмие с вятъра и дъжда.
„Фотокатализата в циментираща матрица, приложена върху сгради, може да има голям ефект за намаляване на замърсяването на въздуха чрез намаляване на NO x и да се даде възможност за самопочистване на повърхностите – така нареченият„ смог-хранителен ефект “, казва Ксинлианг Фенг от Graphene Флагман, една от организациите, стоящи зад проучването: „Графенът може да помогне за подобряване на фотокаталитичното поведение на катализатори като титания и да подобри механичните свойства на цимента.“
Екипът тества сместа, като прави фотокаталитични панели и ги излага на замърсители. В един тест те използват родамин В, който има сходна молекулна структура с летливите органични замърсители. Когато се тества във вода и се активира от ултравиолетова светлина, екипът установява, че композитът с графен-титания разгражда 40 процента повече родамин В, отколкото катализаторът сам по себе си.
В следващия тест, изследователите са открили, че катализаторът за графен-титаний разгражда най-много 70% повече атмосферно NO х от катализатор направен от обикновен титанов диоксид.
„Свързването на графен с титан ни даде отлични резултати под формата на прах – и може да се прилага върху различни материали, от които бетонът е добър пример за широко приложение, като ни помага да постигнем по-здравословна среда“, казва Марко Гоизис, координатор на научните изследвания в Italcementi, друга компания, участваща в проучването: „Тя е с ниска поддръжка и екологично чиста, тъй като просто изисква слънчевата енергия и никакъв друг принос.“
Колкото и обещаващи да са тези ранни резултати, екипът казва, че трябва да се работи повече, преди технологията да бъде комерсиализирана. От една страна, графенът все още е труден за масово производство, но много учени вече работят по този проблем.
Работата се провежда от Graphene Flagship, от университета в Болоня, Politecnico di Milano, CNR, NEST, Italcementi HeidelbergCement Group, Израелския технологичен институт, Техническия университет в Айндховен и университета в Кеймбридж.
Изследването е публикувано в списание Nanoscale