По словам руководителя группы синтеза и исследования наночастиц и наноструктурированных материалов СПбГУ, доцента кафедры общей и неорганической химии СПбГУ Ольги Осмоловской, наиболее перспективный современный вариант борьбы с проблемой загрязнения вод — фотокатализ. Это процесс, при котором полупроводниковые частицы под действием света в результате химической реакции разрушают молекулы загрязнителей.
Чтобы получить эффективный фотокатализатор, необходимо разобраться в особенностях его работы. Для этого химики Санкт‑Петербургского университета синтезировали серию наночастиц методом химического осаждения, а затем исследовали свойства полученных материалов для понимания истинного механизма их работы, что необходимо для применения этих частиц.
Свойства наночастиц существенно зависят от их размера и формы. В данном случае это пластинки толщиной около 20 нанометров, поэтому их называют нанолистами. В своем исследовании химики апробировали подход, при котором помимо варьирования условий синтеза — основных факторов, влияющих на результат, — в реакционную среду внесли вещества, дающие противоионы, которые должны выстроить зарождающиеся кристаллы в определенном порядке. Именно это в итоге и обеспечило получение частиц в форме нанолистов.
«Для визуализации результатов достаточно представить обычный листик дерева. Он имеет большую поверхность, на которой образуются капельки росы, и именно на ней происходит контакт с загрязнителями и их разрушение. Однако у такого листика есть толщина и тоненькая боковая поверхность, роль которой нельзя недооценивать. Мы показали, что именно она в нанолистах отвечает за образование радикалов — особых форм молекул воды и растворенного в ней кислорода, разрушающих вредные молекулы», — рассказала лаборант‑исследователь кафедры общей и неорганической химии СПбГУ Ксения Мешина.
Отличительной чертой работы стало проведение квантово‑химических расчетов, пояснил еще один автор, доцент кафедры физической химии СПбГУ Михаил Вознесенский. Такая детализация позволяет учесть дефекты кристаллической структуры наночастиц и использовать полученные данные для понимания процессов адсорбции и фотокатализа.
Разработанные научной группой химиков Санкт‑Петербургского университета подходы позволяют объяснять эффективность фотокатализатора для каждого конкретного загрязнителя. Еще один плюс такого подхода в том, что используемый авторами работы оксид цинка нетоксичен и обладает антибактериальными свойствами, а значит, материалы из него экологичны и биосовместимы.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в научном журнале первого квартиля Ceramics International.
