Благодаря солнечному свету такие материалы, как диоксид титана (TiO2) и ванадат висмута (BiVO4), используются для очистки сточных вод, разложения красителей и даже уничтожения бактерий в прозрачных повязках. Несмотря на то, что они считаются «зелеными», процессы, традиционно используемые для производства этих материалов, энергоемки.
Теперь исследователи из Университета Чиангмая, Национального центра нанотехнологий в Таиланде и Университета Вуллонгонга в Австралии разработали одноэтапный метод с использованием микроволн для производства наночастиц BiVO4, который не требует высоких температур и давления. Это, по мнению исследователей, делает материал действительно экологически чистым и сокращает производственные затраты и время.
«Эти материалы имеют широкий спектр применения, но мало что было сделано для улучшения того, как мы их производим», — сказал доктор Джун Чен, один из авторов нового исследования из Университета Вуллонгонга, Австралия. «Люди говорят, что фотокатализаторы экологически чистые, но иногда способ, которым мы производим эти материалы, на самом деле не является энергоэффективным».Традиционно BiVO4 производится с использованием гидротермального метода, который требует высокого давления и высокой температуры. Это энергоемко и может занять около шести часов.
Процесс включает несколько кристаллических фаз, которые определяют структуру материала — размер и форму наночастиц. При использовании традиционного метода эти фазы невозможно контролировать, поэтому в конце производства необходимо добавить дополнительный процесс для очистки частиц. Это связано с высокими температурами около 500 градусов по Цельсию, что требует еще больше энергии.
Иногда микроволны используются для поддержки традиционного гидротермального подхода, чтобы улучшить чистоту и структуру конечного материала. В новом методе для производства BiVO4 используются чистые микроволны прямого действия, поэтому не требуется высокая температура и давление или дополнительный процесс для улучшения материала.Новый метод представляет собой упрощенный одноэтапный процесс, выполняемый при температуре 60–90 градусов Цельсия, что делает его более экономичным и безопасным в промышленном отношении. Это также намного быстрее — по сравнению со стандартными 6 часами, новый метод занимает всего 16 минут.
Более того, наночастицы BiVO4, полученные с помощью нового процесса, чистые и однородные по форме и размеру. Команда скорректировала pH, температуру и время реакции, чтобы контролировать кристаллическую фазу производства. Это означало, что они могли контролировать форму и размер наночастиц без необходимости в дополнительном процессе.
Команда проверила, насколько хорошо этот материал может разрушать краситель родамин B (RhB). Они обнаружили, что их материалы обладают высокой фотокаталитикой и работают так же, как BiVO4, полученный традиционными методами.
«Мы были так удивлены, что немногие люди уделяют внимание этой области — только несколько исследований было проведено с использованием микроволн», — сказал д-р Чен. «Мы надеемся, что эта работа будет представлять значительный интерес для ученых-материаловедов, которые хотят использовать экологически чистые технологии для упрощения процесса синтеза неорганических кристаллических материалов».Теперь исследователи надеются распространить этот метод на синтез оксидов других металлов и родственных композитов.