Наноточки с кончика карандаша улучшат солнечные батареи

Исследователи из Китая, Сингапура и Австралии получили «карандашные наноточки» – наноточки из углерода с диаметром менее 5 нм, материалом для которых стали грифели графитовых карандашей. Способ получения наноточек дешев и прост – он заключается в применении карандашных грифелей в качестве электродов для электролиза в растворе гидроксида натрия.

Наноточки отличаются высокой фотостабильностью, практически нетоксичны и могут использоваться, например, для модификации солнечных батарей.

Мезопористые материалы – материалы природного или синтетического происхождения, содержащие нанопоры с диаметром от 2 до 50 нм, являются предметами интенсивного исследования, поскольку они потенциально могут применяться в катализе, изготовлении сенсоров и оптоэлектронике. Они могут абсорбировать в поры большое количество «гостей» – наночастиц, которые могут модифицировать их оптоэлектронные свойства. Возможным путём синтеза мезопористых материалов является сборка системы, содержащей одновременно и структуру «хозяина» и частицы гостей, с помощью шаблона, который затем может быть удален. Однако, как правило, структуры-хозяева образуются за счет непрочных нековалентных взаимодействий, и введение частиц гостя с диаметром более 10 нм разрушает их.

В новой работе Корделия Селомулия (Cordelia Selomulya) из Университета Монаш (Австралия) с коллегами из Китая и Сингапура получили наночастицы с диаметром 3 нм из обычных карандашей. Графит карандашного грифеля использовался и в качестве катода, и в качестве анода в электрохимическом устройстве, электролитом в котором был этанольный раствор гидроксида натрия. Свободные радикалы, образующиеся в растворе, способствуют эксфолиации наноточек диаметром 3 нм, поверхность этих наноточек модифицирована карбоксильными и гидроксильными группами, за формирование которых отвечает анод. После получения наноточек исследователи использовали полимерные шаблоны и получили мезопористые материалы из диоксидов титана и кремния. Полученные мезопористые материалы легко акцептировали полученные наноточки в свои поры благодаря возникновению водородных связей между наноточками и гидроксильными группами, обычно присущими таким материалам, как SiO2 и ТiO2.

В присутствии наночастиц фототок, выделяемый мезопористым диоксидом титана, увеличивался на 36%, что может оказаться полезным для повышения эффективности конверсии солнечной энергии в электрическую. Еще одним преимуществом «карандашных» наноточек является легкость их легирования. Так, азотсодержащие наноточки можно получить, например, замачивая перед электролизом грифели карандашей в меламине. Использование различных прекурсоров позволило исследователям легировать наноточки бором, фосфором и серой, при этом все нанообъекты после легирования проявляли различные оптические свойства.

В настоящее время исследователи изучают возможность применения «карандашных» наноточек в других областях помимо изготовления фотоэлектронных устройств, например – биомедицине. Так, предварительные исследования показали, что такие наноточки отличаются низкой токсичностью по отношению к клеткам и биологическим тканям, однако изучение биосовместимости этих объектов должно быть продолжено.

Митек Яроник (Mietek Jaroniec) из Кентского университета (Огайо, США) заявляет, что новая работа представляет собой очень интересный и важный вклад в химию наноматериалов – простой и дешевый способ получения углеродных наноточек из коммерчески доступного графита, применяющегося для изготовления карандашей, может подстегнуть разработку новых мезопористых материалов, сопряженных с гостями-наночастицами.