Теперь исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и Стэнфордского университета создали наноструктурированное устройство размером примерно в половину почтовой марки, которое дезинфицирует воду намного быстрее, чем УФ-метод, за счет использования видимой части солнечного спектра. , который содержит 50 процентов солнечной энергии.
В экспериментах, опубликованных в Nature Nanotechnology, солнечный свет, падающий на маленькое устройство, вызывал образование перекиси водорода и других дезинфицирующих химикатов, которые убили более 99 человек.999 процентов бактерий всего за 20 минут. Когда работа была сделана, химические вещества-убийцы быстро рассеялись, оставив после себя чистую воду.
"Наше устройство выглядит как маленький прямоугольник из черного стекла.
Мы просто бросили его в воду и поместили все на солнце, а солнце сделало всю работу ", – сказал Чонг Лю, ведущий автор отчета. Она является докторантом в лаборатории И Цуй, доцента SLAC / Стэнфорда и исследователя в SIMES, Стэнфордском институте материаловедения и энергетики в SLAC.
Стенки нано-чешуек и нетерпеливые электроны
Под электронным микроскопом поверхность устройства выглядит как отпечаток пальца с множеством близко расположенных линий. Эти линии представляют собой очень тонкие пленки – исследователи называют их «нанофластиками» – дисульфида молибдена, которые сложены по краям, как стены лабиринта, на прямоугольнике из стекла.
В обычной жизни дисульфид молибдена – это промышленная смазка. Но, как и многие другие материалы, он приобретает совершенно другие свойства, когда создается слоями толщиной всего в несколько атомов.
В этом случае он становится фотокатализатором: при попадании падающего света многие его электроны покидают свои обычные места, и как электроны, так и «дырки», которые они оставляют, стремятся принять участие в химических реакциях.
Создав стенки из дисульфида молибдена нужной толщины, ученые заставили их поглощать весь спектр видимого солнечного света. И, покрывая каждую крошечную стенку тонким слоем меди, которая также действует как катализатор, они могли использовать этот солнечный свет, чтобы запускать именно те реакции, которые они хотели – реакции, которые производят «активные формы кислорода», такие как перекись водорода, обычно использованное дезинфицирующее средство, убивающее бактерии в окружающей воде.
По словам Куи, дисульфид молибдена дешев и прост в производстве – важный фактор при создании устройств для широкого использования в развивающихся странах. Он также поглощает гораздо более широкий диапазон длин волн солнечного излучения, чем традиционные фотокатализаторы.
Решение проблем загрязнения
Этот метод не панацея; например, не удаляет химические загрязнители из воды. Пока что он был протестирован только на трех штаммах бактерий, хотя нет оснований полагать, что он не убьет другие бактериальные штаммы и другие типы микробов, такие как вирусы.
И он был протестирован только на бактериях, смешанных с водой в лаборатории, а не на сложных тушеных примесях, обнаруженных в реальном мире.
Тем не менее, "очень интересно видеть, что, просто создавая материал, можно добиться хороших характеристик. Это действительно работает », – сказал Лю, который продолжил работу над проектом в лаборатории Цуй по разработке воздушных фильтров для борьбы со смогом. «Наше намерение – решить проблемы загрязнения окружающей среды, чтобы люди могли жить лучше."