Tuning rør for bedre katalysatorer

Titandioxid (TiO ₂ ) har betydelig kraft som fotokatalysator - et materiale, der fanger lysenergi for at accelerere kemiske reaktioner, som ellers er svære at opnå. En af dens mest lovende anvendelser er at nedbryde organiske (kulstofbaserede) forurenende molekyler i spildevand. I Journal of Colloid and Interface Science rapporterer forskere i Kina og Australien, at kontrol med tykkelsen af ​​væggene i ekstremt smalle TiO ₂ rør kan i høj grad øge materialets fotokatalytiske effektivitet.

Lys, der absorberes i rørene, spredes langs dens indre overflade, sparker elektroner ind i højenergitilstande, hvor de så kan fremme de kemiske reaktioner, der katalyseres. Forskerholdet har udtænkt en metode til at kontrollere tykkelsen af ​​rørenes vægge, og har undersøgt den effekt, som varierende tykkelser har på effektiviteten af ​​den lette høst og den katalytiske adfærd.

"Vores strategi for at justere vægtykkelsen af ​​TiO ₂ nanorør og mikrorør åbner en ny tilgang til at forbedre den fotokatalytiske ydeevne af TiO ₂ , " siger den tilsvarende forfatter Zhi-Gang Chen ved University of Southern Queensland i Australien. Andre medlemmer af holdet er baseret på Shaanxi University of Science and Technology i Kina.

Nanorørene fremstilles ved hjælp af elektrospinning, en proces, der udnytter en elektrisk kraft til at trække elektrisk ladede materialer ud af en opløsning, i dette tilfælde hurtigt efterfulgt af størkning i mikro- og nanorørene.

Arbejdet begyndte som et forsøg på blot at forberede rør med tyndere vægge for at overvinde et problem forårsaget af rekombinationen af ​​elektriske ladninger, når de blev adskilt af absorberet lys. "Vi fandt ud af, at vi i en simpel et-trins proces nemt kunne justere vægtykkelsen af ​​rørene ved at variere doseringen af ​​flydende paraffin, der blev brugt i opløsningen, " siger Chen.

Dette førte så til den afgørende opdagelse, at varierende vægtykkelse havde en stor effekt på at opretholde separationen af ​​elektrisk ladning, der er afgørende for den katalytiske effekt. "Dette var faktisk en stor overraskelse for os, " siger Chen, forklarer, at det blev bevist ved at sammenligne den fotokatalytiske aktivitet af fem forskellige vægtykkelser. Den mest effektive version af rørene var i stand til at katalysere nedbrydningen af ​​to prøvespildevandsforurenende stoffer - dinitrophenol og rhodamin - med henholdsvis 99,9 procent og 97,8 procent effektivitet.

Chen påpeger, at sammenlignet med andre måder at fremstille de katalytiske rør på, deres elektrospinningsmetode giver fordele ved bedre kontrol, lavere omkostninger og større alsidighed i de materialer, det kan anvendes på. Lignende forbedringer i andre katalysatorer end TiO ₂ kan forventes i fremtiden.

I mellemtiden, TiO ₂ er velegnet til at katalysere en lang række vigtige reaktioner bortset fra nedbrydning af uønsket forurenende affald. Disse muligheder inkluderer at bruge solens energi til at drive spaltningen af ​​vand for at generere brint som brændstof, omdannelse af kuldioxid til nyttige produkter, og applikationer til fremstilling af solceller og elektriske lagerenheder.