Международная команда ученых создала двумерный материал с уникальными фотокаталитическими свойствами. Гематин может быть эффективным фотокатализатором, особенно для разделения воды на водород и кислород.
После появления графена в 2004 году, очень широко распространился синтез новых двумерных материалов. Это однослойные вещества толщиной от одного атома до нескольких нанометров (миллиардные доли метра). Они обладают уникальными свойствами, связанными с их размером и играют ключевую роль в развитии нанотехнологий и наноинженерии.
Новый 2-D материал Гематин
Международная группа исследователей, включая бразильских ученых из Университета Кампинаса (UNICAMP), сумела создать новый материал с уникальными характеристиками.
Исследователи создали 2-D материал, который они называют гематином из обычной железной руды. Материал имеет толщину всего три атома и, как считается, обладает улучшенными фотокаталитическими свойствами. Это исследование опубликованно в Nature Nanotechnology.
«Материал, который мы синтезировали, может действовать как фотокатализатор, применяемый для разделения воды на водород и кислород, а в последствии из этого водорода может быть получено электричество», — сказал Дуглас Соареш Галвао, один из авторов исследования и соучредитель CCES.
Новый материал был получен из гематита, одного из самых распространенных минералов на Земле и основного источника железа, который является самым дешевым металлом и используется для производства стали.
В отличие от углерода и его двумерной формы графена, атомы гематина удерживаются вместе трехмерными связями, а не сравнительно слабыми межатомными силами Ван-дер-Ваальса. .
Проведены испытания и математические расчеты для изучения магнитных свойств гематина. Результаты показали, что они отличаются от магнитных свойств гематита. Хотя исходный гематит является антиферромагнетиком, гематин является ферромагнитным, как обычный магнит.
В ферромагнетиках диполи параллельны и выровнены в одном направлении. В антиферромагнетиках диполи антипараллельны и выровнены в противоположных направлениях.
«В ферромагнетиках магнитные моменты атомов находятся в одном и том же направлении. В антиферромагнетиках моменты в соседних атомах чередуются», — объяснил Галвао.
Эффективный фотокатализатор
Исследователи также проанализировали фотокаталитические свойства гематина — его способность увеличивать скорость химической реакции при возбуждении светом.
Результаты показали, что фотокатализ гематином более эффективен, чем фотокатализ гематитом , фотокаталитические свойства которого хорошо известны, но недостаточно сильны, чтобы их можно было применить в промышленности.
Чтобы материал был эффективным фотокатализатором, он должен поглощать видимую часть солнечного света, генерировать электрический заряд и переносить его на поверхность материала для проведения желаемой реакции.
Гематит поглощает солнечный свет в спектре от ультрафиолета до желто-оранжевой области, но заряд, который он производит, очень недолговечен. В результате он исчезает до достижения поверхности.
Исследователи отметили, что фотокатализ гематина более эффективен, поскольку фотоны генерируют как отрицательные, так и положительные заряды в пределах нескольких атомов поверхности.
Соединяя новый материал с массивами нанотрубок из диоксида титана, которые обеспечивают легкий путь для выхода электронов из гематина, ученые обнаружили, что они могут поглощать больший спектр света.
«Гематин может быть эффективным фотокатализатором, особенно для разделения воды на водород и кислород, а также может служить сверхтонким магнитным материалом для устройств на основе спинтронов», — заявили исследователи.
Спинтроника (или магнитоэлектроника) — это новая технология, используемая для хранения, отображения и обработки информации, основанная на изменениях, вызванных вращением электрона, которое непосредственно связано с его магнитным моментом.
Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир!
