Een RUDN-chemicus synthetiseerde nanomaterialen voor waterzuivering, katalyse van organische reacties en sensoren. De stoffen zijn ontwikkeld op basis van poreuze koolstof met ijzeroxide en stikstofdeeltjes. Het artikel is gepubliceerd in Toegepaste oppervlaktewetenschap .

Multifunctionele composietmaterialen met katalytische, absorptie, magnetisch, en andere eigenschappen kunnen worden gebruikt in de geneeskunde, de energiesector, elektronica, en aanverwante toepassingen. De beste onder hen zijn materialen met edelmetaaldeeltjes. Echter, ze zijn niet bijzonder goedkoop en verliezen hun oorspronkelijke eigenschappen na herhaaldelijk gebruik. Een kosteneffectief alternatief kunnen nanomaterialen zijn van poreuze koolstof en ijzeroxiden. RUDN-chemici hebben samen met hun buitenlandse collega's een aantal van dergelijke nanomaterialen gesynthetiseerd en het mogelijke gebruik ervan bestudeerd.

Om een ​​poreuze koolstofbasis voor de nieuwe nanocomposietmaterialen te verkrijgen, de onderzoekers gebruikten een milieuvriendelijk en goedkoop materiaal genaamd naringin. Het is een plantaardig pigment (flavonoïde) met een bittere smaak dat terug te vinden is in de schil van druiven, tomaten, en citrusvruchten, vooral in grapefruits. Om de nanocomposietmaterialen te synthetiseren, naringine werd in waterige oplossingen gemengd met niet-organische ijzerbevattende zouten. Verschillende verhoudingen van koolstof- en ijzerprecursoren werden getest in 17 gelijktijdige experimenten om een ​​optimale variant te vinden. In alle andere aspecten waren de procedures identiek:de oplossingen werden zorgvuldig gemengd, 10 uur in een autoclaaf bewaard, en vervolgens gecalcineerd in een stikstofomgeving. De verkregen composietmaterialen zagen eruit als zwart poeder en bevatten zowel ijzeroxiden als stikstof. IJzer gaf ze magnetische eigenschappen, en de koolstofbasis hoge porositeit en grotere oppervlakten.

RUDN-chemici analyseerden het potentieel van de nieuwe materialen in twee soorten experimenten. De eerste omvatte het verwijderen van organische kleurstoffen uit water. Het materiaal slaagde erin drie verschillende kleurstoffen bijna volledig te verwijderen:kristalviolet, rhodamine B, en thionine - in 15 minuten. Het bleek dat de composietmaterialen ook hergebruikt konden worden. De kleurstoffen die uit het water worden verzameld, kunnen eenvoudig met ethanol van het nanomateriaal worden afgespoeld, en het gezuiverde composiet - met een magneet uit de ethanoloplossing verwijderd. In het tweede experiment daalde de efficiëntie van het composietmateriaal bij de waterzuivering slechts met 3-4%.

Het tweede type onderzoek was colorimetrische analyse, d.w.z. het bepalen van de concentratie van chemische stoffen in een oplossing aan de hand van de kleur ervan. Een op basis van de nanocomposietmaterialen ontwikkelde sensor bleek zelfs de kleinste hoeveelheden waterstofperoxide en glucose te detecteren (van 0,1 mcM voor waterstofperoxide en 2,6 mcM voor glucose). Door de katalytische activiteit van het composietmateriaal werd het substraat helderblauw in aanwezigheid van deze stoffen, en kleurveranderingen waren met het blote oog zichtbaar, zelfs wanneer de sensor werd getest op 200 keer verdunde energiedranken en sappen. Net als in de eerste reeks experimenten, de nanomaterialen vertoonden een hoge stabiliteit en herbruikbaarheid.

"Het is misschien wel het eerste voorbeeld in de literatuur van zo'n veelzijdig materiaal met zoveel verschillende uitstekende toepassingen, " zegt Rafael Luque, Directeur van het Centre for Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine, en een visiting scholar aan RUDN. "Poreuze koolstofcomposietmaterialen met ijzer- en stikstofdeeltjes kunnen worden gebruikt in waterbehandeling, kwaliteitsanalyse en geneeskunde velden, ongekend in dit soort materialen".

De deelnemers aan de studie vertegenwoordigden ook het Changchun Instituut voor Toegepaste Chemie en de Universiteit van de Chinese Academie van Wetenschappen, Hefei Universiteit voor Wetenschap en Technologie (China), Universiteit van Gujarat (Pakistan), Universiteit van Cordoba (Spanje), en Universiteit van Jimma (Ethiopië). Het werk werd ondersteund door het 5-100-programma.