Photokatalysatoren sind vielversprechend bei der Herstellung selbstreinigender Oberflächen
Neue aktive Photokatalysatoren auf der Basis natürlicher Aluminosilikat-Nanoröhren mit Cadmiumsulfid-Quantenpunkten
Ein gemeinsames Papier der Kazan Federal University, des Boreskov Institute of Catalysis und der Russian Oil and Gas University wurde in Chemistry - A European Journal veröffentlicht.
Illustration der Wasserstofferzeugung aus Elektrolytlösung unter sichtbarem Licht
Kazan Federal University
Das Team produzierte und untersuchte neue aktive Photokatalysatoren auf der Basis natürlicher Aluminosilikat-Nanoröhren mit Cadmiumsulfid-Quantenpunkten, die auf ihrer Oberfläche durch Selbstmontage stabilisiert wurden.
Co-Autor, Chief Research Associate des Bionanotechnologie-Labors (Kazan Federal University) Rawil Fakhrullin erklärt: "Quantenpunkte sind Halbleiter-Nanopartikel von bis zu 10 Nanometer Grösse mit einzigartigen optischen Eigenschaften. Sie haben in vielen Industriezweigen Anwendung gefunden, unter anderem in der Photonik, der Sensortechnik und der Biomedizin. Eine gemeinsame Studie hat gezeigt, dass die Verwendung von natürlichen Aluminosilikat-Nanoröhren als Träger für Quantenpunkte aus Cadmiumsulfid es ermöglicht, effiziente und niedrigtoxische Photokatalysatoren herzustellen, die unter sichtbarer Strahlung aktiv sind".
Bei den untersuchten Photokatalysatoren handelt es sich um Nanoröhren mit einem Innendurchmesser von bis zu 20 Nanometern, auf deren Oberfläche und im Inneren etwa 50 Nanopartikel aus Cadmiumsulfid, dotiert mit Ruthenium als Co-Katalysator, gebildet werden. Dieses inerte Metall wird in der Elektronik sowie als Katalysator und Korrosionsschutzzusatz verwendet.
"Wir haben eine Methode zur Selbstorganisation von Nanopartikeln auf der Oberfläche natürlicher Nanoröhren entwickelt, die zur Synthese von Quantenpunkten aus Cadmiumsulfid verwendet wurde. Seine Anwendung ermöglichte es, die Quantenausbeute der Reaktion der Wasserstoffentwicklung aus wässrigen Lösungen auf mehr als 9% zu erhöhen. Wir wählten Ruthenium als Co-Katalysator. Es ist bekannt, dass die Zugabe von kleinen Mengen Ruthenium zu einer zehn- und hundertfachen Erhöhung der Aktivität solcher Photokatalysatoren führt. Sein Einsatz ermöglichte es, Nebenprozesse der Ladungsumverteilung und Reaktionen zu verhindern, die die Menge des entstehenden Wasserstoffs reduzieren. Es ist interessant festzustellen, dass die Stabilität dieser photokatalytischen Systeme stark durch das Verhältnis von Schwefel zu Kadmium in einem Sulfid-Nanopartikel beeinflusst wird; bei Erreichen eines bestimmten Wertes nimmt die Stabilität des Systems stark ab", sagt Anna Stavitskaya, Mitarbeiterin der russischen Öl- und Gas-Universität.
Dr. Fakhrullin ist der Meinung, dass Photokatalysatoren eines der vielversprechendsten Gebiete der modernen Chemie sind. Sie nutzen die erschwinglichste Energiequelle - das Sonnenlicht.
"Mit Hilfe von Photokatalysatoren kann Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt werden, wodurch sicherer und umweltfreundlicher Kraftstoff in unbegrenzten Mengen gewonnen werden kann. Mit Hilfe von Photokatalysatoren ist es möglich, selbstreinigende Oberflächen (z.B. Fenster, die nicht gewaschen werden müssen), leicht sterilisierbare medizinische Instrumente, die Licht desinfizieren, sowie Wasser von organischen Verunreinigungen und pathogenen Mikroorganismen zu reinigen. Heterogene Katalysatoren, die für die Photokatalyse verwendet werden, sollten nicht nur die Fähigkeit haben, die Reaktion zu beschleunigen, sondern auch stabil sein und keine toxischen Auswirkungen auf lebende Systeme verursachen. Dies kann durch die gleichzeitige Verwendung von Ruthenium, Quantenpunkten und Halloysit-Nanoröhren erreicht werden", sagt er.
In diesem Aufsatz werden die Ergebnisse einer Studie über die Wirkung eines Systems auf der Grundlage natürlicher Halloysit-Nanoröhren und auf ihrer Oberfläche in situ synthetisierter Cadmiumsulfid-Quantenpunkte auf den Nematodenorganismus (Verteilung der Nanomaterialien in den Organen, Körperlänge und Fortpflanzungsfähigkeit) vorgestellt.
"Die Untersuchung von nanostrukturierten Photokatalysatoren in vivo an Nematoden zeigte keine akut negative Wirkung. Die entwickelten photoaktiven Nanomaterialien wurden in Geweben ausserhalb des Darmtraktes von Bodennematoden nicht nachgewiesen, was ein guter Indikator für Nanosysteme ist, von denen viele in Organe und Gewebe eindringen und den Körper negativ beeinflussen", schliesst Fakhrullin.
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