Titaandioxide (TiO ₂ ) heeft een aanzienlijk vermogen als fotokatalysator - een materiaal dat lichtenergie opvangt om chemische reacties te versnellen die anders moeilijk te bereiken zijn. Een van de meest veelbelovende toepassingen is het afbreken van organische (op koolstof gebaseerde) verontreinigende moleculen in afvalwater. In de Journal of Colloid and Interface Science rapporteren onderzoekers in China en Australië dat het beheersen van de dikte van de wanden van extreem smal TiO ₂ buizen kunnen de fotokatalytische efficiëntie van het materiaal aanzienlijk verhogen.

Licht dat in de buizen wordt geabsorbeerd, wordt verspreid langs het binnenoppervlak, elektronen in hoge energietoestanden schoppen waar ze vervolgens de chemische reacties kunnen bevorderen die worden gekatalyseerd. Het onderzoeksteam heeft een methode bedacht om de dikte van de wanden van de buizen te controleren, en hebben het effect onderzocht dat variërende diktes hebben op de efficiëntie van het licht oogsten en het katalytische gedrag.

"Onze strategie om de wanddikte van TiO . aan te passen ₂ nanobuisjes en microbuisjes opent een nieuwe benadering om de fotokatalytische prestaties van TiO . te verbeteren ₂ , ", zegt corresponderende auteur Zhi-Gang Chen van de University of Southern Queensland in Australië. Andere leden van het team zijn gevestigd aan de Shaanxi University of Science and Technology in China.

De nanobuisjes worden geprepareerd met behulp van electrospinning, een proces dat een elektrische kracht gebruikt om elektrisch geladen materialen uit een oplossing te trekken, in dit geval snel gevolgd door stolling in de micro- en nanobuisjes.

Het werk begon als een poging om eenvoudig buizen met dunnere wanden te maken om een ​​probleem op te lossen dat werd veroorzaakt door de recombinatie van elektrische ladingen wanneer ze werden gescheiden door geabsorbeerd licht. "We ontdekten dat we in een eenvoudig proces in één stap gemakkelijk de wanddikte van de buizen konden aanpassen door de dosering van vloeibare paraffine die in de oplossing wordt gebruikt, te variëren. " zegt Chen.

Dit leidde vervolgens tot de cruciale ontdekking dat variërende wanddikte een groot effect had op het handhaven van de scheiding van elektrische lading die cruciaal is voor het katalytische effect. "Dit was eigenlijk een grote verrassing voor ons, " zegt Chen, uitleggend dat het werd bewezen door de fotokatalytische activiteit van vijf verschillende wanddiktes te vergelijken. De meest effectieve versie van de buizen was in staat om de afbraak van twee monsterverontreinigingen in het afvalwater, dinitrofenol en rhodamine, te katalyseren met een efficiëntie van respectievelijk 99,9 procent en 97,8 procent.

Chen wijst erop dat in vergelijking met andere manieren om de katalysatorbuizen te maken, hun elektrospinmethode biedt voordelen van betere controle, lagere kosten en een grotere veelzijdigheid in de materialen waarop het kan worden toegepast. Vergelijkbare verbeteringen in andere katalysatoren dan TiO ₂ in de toekomst kan worden verwacht.

Ondertussen, TiO ₂ is geschikt voor het katalyseren van een breed scala aan andere belangrijke reacties dan de afbraak van ongewenst vervuilend afval. Deze mogelijkheden omvatten het gebruik van de energie van de zon om het splitsen van water aan te drijven om waterstof als brandstof te genereren, de omzetting van kooldioxide in bruikbare producten, en toepassingen bij het maken van zonnecellen en elektrische opslagapparaten.