Нановолокна из диоксида титана показали выдающиеся таланты

Учёные из Наньянского технологического университета (Сингапур) под руководством Даррена Суна преуспели в создании наноматериала с весьма низкой стоимостью и множеством потенциальных способностей. По сути, это титановые белила (TiO₂) — массово производимое недорогое вещество, с которым мы сталкиваемся каждый день. Однако выполнено оно в запатентованной форме нановолокон — и в таком виде показывает очень необычные свойства.

На основе такого наноматериала, заявляет разработчик, возможно эффективное фотокаталитическое разложение воды на кислород и водород под действием солнечных лучей, а также создание необрастающих мембран для фильтрования воды, включая опреснительные цели. Кроме того, он бактерициден, может обеспечивать эффективную стерилизацию и, наконец, работать в высокоэффективных ячейках Гретцеля.

Даррен Сун с образцом чудо-материала (здесь и ниже иллюстрации NTU).

Обычно в качестве катализатора для разложения воды на кислород и водород используют платину — материал очень дорогой и менее доступный, чем титановые белила. Мембраны же, применяемые в прямом осмосе для опреснения воды, довольно быстро покрываются биоплёнкой, резко снижающей производительность установок, которые нуждаются в результате в регулярной и непростой очистке. Естественно, бактерицидные нановолокна могут полностью снять эту проблему.

Сингапурские исследователи демонстрируют, что всего 0,5 г нановолокон диоксида титана, покрытых окислом меди, при помещении в литр сточных вод способны производить 1,53 мл водорода в час дневного времени. Может показаться, что такая производительность ничтожна, но она в три раза выше показателей платинового катализатора. Более того, в зависимости от типа сточных вод (менее загрязнённые и более прозрачные для солнечных лучей предпочтительнее) количество генерируемого за час из литра воды водорода может достигать 200 мл, причём при добавлении нановолокон диоксида титана эта цифра растёт. В случае кубометра сточных вод речь идёт о 200 л водорода в час, хотя всё это, конечно, требует дополнительного подтверждения в более масштабных экспериментах.

Диоксид титана и оксид меди в гетеросоединениях оказались более эффективны для фотохимического получения водорода, чем платина.

Но зачем использовать именно сточную воду? Дело в том, что Сингапур — остров, на котором всегда есть проблемы с пресной водой. Очистка стоков здесь чрезвычайно важна для сохранения водного баланса, ведь это дешевле, чем завоз танкерами или опреснение морской воды. Если же при этом можно ещё генерировать водород, то, очевидно, процесс станет энергетически выгодным.

Кроме того, антибактериальные свойства нановолокон, возможно, позволят использовать их в составе стерилизующих бинтов, обеззараживающих раневую поверхность и при этом свободно пропускающих воздух (само собой, без бактерий).

Одновременно чудо-наноматериал группы Даррена Суна показал отличные результаты в экспериментах с литиевыми батареями. Сферические наночастицы диоксида титана, модифицированные добавлением углерода и использованные в качестве анода для плоских литиевых аккумуляторов, позволили удвоить ёмкость последних при значительном росте числа допустимых перезарядок (то есть длительности жизни батарей).

Сейчас группа г-на Суна работает над коммерциализацией своих находок; создана компания, идут поиски партнёров.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Water Research.

Подготовлено по материалам Наньянского технологического университета.