Wetenschappers van het Energy Safety Research Institute (ESRI) van de Universiteit van Swansea hebben een nieuw composietmateriaal ontwikkeld dat veelbelovend is als katalysator voor de afbraak van milieuschadelijke synthetische kleurstofverontreinigende stoffen, die worden vrijgegeven met een snelheid van bijna 300, 000 ton per jaar in het water van de wereld.

deze roman, ongevaarlijk fotokatalytisch materiaal verwijdert effectief kleurstofverontreinigende stoffen uit water, meer dan 90% van de kleurstof adsorberen en de snelheid van kleurstofafbraak bijna tien keer verhogen met zichtbaar licht.

De onderzoekers, geleid door Dr. Charles W. Dunnill en Dr. Daniel Jones van het Energy Safety Research Institute aan de Universiteit van Swansea, rapporteerde hun ontdekking in het Nature open access tijdschrift Wetenschappelijke rapporten .

Door het reactiemengsel onder hoge druk te verhitten in een afgesloten container, de composiet wordt gesynthetiseerd door ultradunne "nanodraden" van wolfraamoxide te laten groeien op het oppervlak van kleine deeltjes tantaalnitride. Als gevolg van de ongelooflijk kleine afmetingen van de twee materiaalcomponenten - zowel het tantaalnitride als het wolfraamoxide hebben doorgaans een diameter van minder dan 40 miljardste van een meter - biedt het composiet een enorm oppervlak voor het opvangen van kleurstoffen.

Het materiaal gaat vervolgens verder met het afbreken van de kleurstof in kleinere, onschadelijke moleculen die gebruikmaken van de energie die wordt geleverd door zonlicht, in een proces dat bekend staat als "fotokatalytische afbraak". Nadat de schadelijke kleurstoffen zijn verwijderd, de katalysator kan eenvoudig uit het gereinigde water worden gefilterd en hergebruikt.

Hoewel de fotokatalytische afbraak van kleurstoffen al tientallen jaren wordt onderzocht, het is pas relatief recent dat onderzoekers materialen hebben ontwikkeld die het zichtbare deel van het zonnespectrum kunnen absorberen - andere materialen, zoals titaandioxide, kunnen ook kleurstoffen afbreken met behulp van zonne-energie, maar hun efficiëntie is beperkt omdat ze alleen hogere energie absorberen, ultraviolet licht. Door gebruik te maken van een veel groter bereik van het spectrum, materialen zoals die gebruikt worden door het ESRI-team van het Swansea University-team zijn in staat om verontreinigende stoffen met een veel hogere snelheid te verwijderen.

Beide materialen die in het onderzoek zijn gebruikt, hebben de afgelopen jaren veel belangstelling gewekt. wolfraam oxide, vooral, wordt beschouwd als een van de meest veelbelovende materialen voor een reeks fotokatalytische toepassingen, dankzij de hoge elektrische geleidbaarheid, chemische stabiliteit en oppervlakteactiviteit, naast zijn sterke lichtabsorptie. Als een halfgeleider met een lage bandgap, tantaalnitride is rood van kleur vanwege zijn vermogen om bijna het hele spectrum van zichtbaar licht te absorberen, en haalt daarom een ​​grote hoeveelheid energie uit zonlicht om de afbraakprocessen aan te drijven.

Echter, het ware potentieel van de twee materialen werd pas gerealiseerd toen ze werden gecombineerd tot één composiet. Door de uitwisseling van elektronen tussen de twee materialen, de testkleurstof die in het onderzoek werd gebruikt, werd door het composiet afgebroken met ongeveer het dubbele van de snelheid die wordt bereikt door tantaalnitride alleen, terwijl wolfraamoxide alleen niet in staat bleek te zijn tot kleurstofafbraak. In tegenstelling tot andere toonaangevende fotokatalytische materialen, waarvan vele giftig zijn voor zowel de mens als het waterleven, beide delen van het composiet zijn geclassificeerd als ongevaarlijke materialen.

De wetenschappers die verantwoordelijk zijn voor het onderzoek zijn van mening dat hun onderzoek slechts een voorproefje is van het potentieel van het materiaal. "Nu we de mogelijkheden van ons composiet hebben gedemonstreerd, we willen niet alleen het materiaal verder verbeteren, maar om ook te beginnen met het opschalen van de synthese voor toepassing in de echte wereld. "Zei Dr. Jones. "We onderzoeken ook de haalbaarheid ervan op andere gebieden, zoals de fotogekatalyseerde splitsing van water om waterstof te genereren."