Диоксид титана (TiO₂) традиционно применяется в фотокатализе для очистки воды и воздуха, обеспечивая окислительную деструкцию органических загрязнителей. Его активирование ограничено ультрафиолетовым диапазоном, составляющим около 5% солнечного спектра. В настоящее время учёные работают над созданием фотокатализаторов с высокой эффективностью под видимым светом, чтобы они эффективно работали как в УФ-, так и в видимом диапазоне, доля которого достигает примерно 45% солнечного излучения.
Специалисты ФИЦ «Институт катализа СО РАН» предложили синтез фотоактивного диоксида титана с улучшенными функциональными свойствами, опираясь на биомиметический принцип — заимствование форм у природы. В рамках одного из подходов зелёной химии применена биотемплатная методика: в качестве каркаса выступает овечья шерсть. Шерстяные волокна пропитывают раствором полигидроксокомплексов титана и обрабатывают в мягких гидротермальных условиях при 115 °C, после чего материал прокаливают на воздухе при 600 °C, чтобы удалить биотемплат.
«Во время термической обработки основа из шерстяных волокон выгорает, однако высокая температура провоцирует диффузию её элементов в кристаллическую решётку образующегося диоксида титана — в результате образуются примеси и дефекты в виде ионов титана и кислородных вакансий. Итог синтеза — нанокристаллы диоксида титана в формациях анатаза и рутила размером 15–20 нм. Сам диоксид титана белый, а полученный фотокатализатор имеет кремовый оттенок, что говорит об поглощении световых лучей в видимом диапазоне», — поясняет ведущий научный сотрудник Отдела нетрадиционных каталитических процессов ИК СО РАН, к.х.н. Дмитрий Селищев.
Изготовленный фотокатализатор может применяться не только в системах очистки воздуха в лабораториях, медицинских учреждениях и на предприятиях с вредными условиями труда, но и для обработки сточных вод, загрязнённых органическими пигментами и фармацевтическими препаратами. В перспективе учёные планируют создать самоочищающиеся покрытия на его основе.
Использование возобновляемого биоматериала в сочетании с относительно простым гидротермальным синтезом делает данную технологию перспективной для масштабирования в рамках принципов устойчивого развития и зелёной химии. Это исследование демонстрирует, как биомиметические подходы позволяют создавать передовые функциональные материалы, — подчёркивает учёный.
По материалам пресс-службы ФИЦ «Институт катализа СО РАН».
