Новый двумерный материал использует свет для очищения воды

Прототип зеленого материала может за один час очищать питьевую воду для четырех человек при помощи света. Во время тестов он уничтожил почти 100% бактерий в 10 литрах воды.

Новый материал — двумерная пластина из графитового нитрида углерода — представляет собой фотокатализатор: когда на него попадает свет, он испускает электроны, создавая разрушительные химикалии на основе кислорода, которые и уничтожают микробы. Об этом исследователи написали в материале, опубликованном в журнале Chem.

Эта разработка смогла избежать недостатков других подобных технологий. В самых эффективных из современных фотокатализаторов содержатся металлы, которые могут попасть в воду в виде токсичных загрязнителей. Есть и другие — неметаллические фотокатализаторы, — но они менее эффективны, поскольку сильнее удерживают электроны.

Материаловед Гуайчу Ван из Технологического университета Сиднея и его коллеги создали сверхтонкие пластины из графитового нитрида углерода и добавили к нему химические группы вроде кислот и кетонов, которые уводят электроны к краям пластин. Там электроны «перепрыгивают» на атомы кислорода в воде и формируют кислородные химикалии наподобие пероксида водорода, которые и уничтожают микробы.

Разработка уничтожила 99,9999% бактерий, включая E. coli (кишечную палочку) в 50-миллилитровом образце воды. Это соответствует уровню эффективности лучшего катализатора на основе металла. Более того, он убил микробы всего за 30 минут — это быстрее, чем предыдущий неметаллический фотокатализатор, которому понадобилось более часа.

Затем команда прикрепила нанопластины к внутренней стороне пластиковых пакетов, очистив 10 литров воды за час.

«Мы стремились разработать эффективный способ использования солнечного света для получения воды для слаборазвитых или отдаленных регионов без централизованного снабжения», — говорит Ван. Он также отметил, что сочетание углерода и азота должно сделать материал недорогим. Далее исследователи намереваются работать совместно с инженерами, чтобы масштабировать разработку для коммерческого применения.