Физики усовершенствовали наночастицы диоксида титана, полезные для экологии и биомедицины⁠⁠

Российские ученые синтезировали высокоактивные наночастицы диоксида титана (TiO₂), допированные иттрием. Частицы обладают повышенной фотокаталитической активностью, что перспективно в биомедицине, экологии и фотоэлектрике.

Исследователи из Московский физико‑технический институт (МФТИ), Московский государственный университет (МГУ) и Юго‑Западный государственный университет (ЮЗГУ) создали усовершенствованные наночастицы из соединения Диоксид титана (TiO₂), добавив в них атомы Иттрий ( Y ) — то есть провели допирование материала. Naked Science
Обычный диоксид титана уже известен: он может под действием света расщеплять органические загрязнения, что делает его полезным для очистки воды и воздуха. Naked Science
Но у TiO₂ есть ограничения: он работает главным образом с ультрафиолетовой частью света, а не с видимым, и эффект иногда теряется из-за быстрого «воссоединения» («рекомбинации») зарядов внутри материала. Naked Science
Учёные добились следующего:

• Путём оптимального синтеза (гидротермальный метод + отжиг) они получили наночастицы TiO₂ с чётко контролируемым размером (10-25 нм) и фазовой формой (анатаз). Naked Science

• При добавлении иттрия (примерно 2-5,5 атомных %) размер частиц уменьшался, что уменьшало скорость рекомбинации зарядов — то есть материал стал «эффективнее». Naked Science

• Максимальная фотокаталитическая активность получилась более чем в 1,5 раза выше, чем у чистого TiO₂. Naked Science

• Исследование позволяет количественно связать состав (сколько Y), структуру (размер, фаза) и свойства (оптические, фотокаталитические) материалов — это важно для практического применения. Naked Science

Кто именно провёл исследование

• Руководителем группы выступает Александр Сюй, главный научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ. Naked Science

• Работа выполнена совместно между МФТИ, МГУ и ЮЗГУ — то есть это командное исследование российских вузов. Naked Science

Для чего это нужно

Экология

Материал способен разлагать вредные органические вещества (например, загрязнители воды или воздуха) под действием света — то есть может применяться для очистки, фильтрации.

Биомедицина

TiO₂ нетоксичен и может применяться в качестве покрытия с антибактериальными свойствами или в фотодинамической терапии (когда свет используется для активации веществ в теле). Naked Science

Фотоэлектрика и солнечные технологии

Диоксид титана используется в солнечных батареях, сенсорах и покрытиях. Улучшенные наночастицы с высокой активностью и контролируемыми свойствами открывают путь к более эффективным материалам. Naked Science

Самоочищающиеся покрытия

Материал может использоваться в строительных материалах: покрытия фасадов, стен, стекол, которые «самоочищаются» под солнечным светом. Naked Science

Какую пользу это принесёт в будущем

• Увеличение эффективности фотокатализаторов — значит меньше энергии/ресурсов потребуется для очистки и более устойчивые технологии.

• Может появиться возможность использования такого материала не только под УФ-светом, но и под видимым светом (учёные планируют дальнейшее допирование, например Y + азот или сера, чтобы расширить спектр активности). Naked Science

• Если технологию удастся масштабировать (а исследователи это планируют: «переход от лабораторных условий к реальным условиям, например проточные реакторы для очистки сточных вод»). Naked Science

• В медицине такие материалы могут привести к новым покрытиям, имплантам или методам терапии, которые работают лучше и с меньшими побочными эффектами.

• В строительстве и инфраструктуре — снижение затрат на обслуживание (например, фасады, которые реже требуют чистки), снижение загрязнения.

Источник: https://naked-science.ru/article/column/fiziki-usovershenstv...