Nanostruktureret materiale med potentiale til brug i katalysatorer

Titaniumoxid (TiO ₂ ) nanofibre kan have forskellige applikationer, såsom i katalysatorer og filtre. Når TiO ₂ er begejstret for ultraviolet lys, det nedbryder organisk materiale. Derfor, TiO ₂ kan anvendes til filtrering af spildevand til genbrug, for eksempel.

En ny metode til fremstilling af disse fibre er blevet udviklet i Brasilien af ​​Rodrigo Savio Pessoa og Bruno Manzolli Rodrigues, forskere ved Aeronautical Technology Institute's Plasma and Process Laboratory (LPP-ITA) og Science and Technology Institute of Universidade Brasil (ICT-UB), som en del af et projekt støttet af São Paulo Research Foundation — FAPESP. En artikel om emnet er blevet offentliggjort i Materialer i dag:Procedurer .

"Den teknik, vi brugte, kaldes atomlagdeponering. Det fremmer væksten af ​​materialet lag for lag, eller endda molekyle for molekyle, "Fortalte Pessoa.

I undersøgelsen, TiO ₂ blev deponeret på nanofibre af PBAT (poly (butylenadipat-co-terephthalat)), en biopolymer, der hurtigt nedbrydes i naturen, i modsætning til PET (polyethylenterephthalat), som forbliver intakt i årtier.

Det første trin var at producere en membran af PBAT -nanofibre, som blev udført ved elektrospinning, en teknik, der ligner den, der blev brugt til at lave sukkerspind, men involverer en elektrostatisk procedure.

"En PBAT -opløsning blev elektrospundet til fremstilling af ultratynde nanofibre, der kun var få hundrede nanometer tykke. Disse fibre udgjorde arket, der blev brugt som et substrat, "Sagde Pessoa.

Det næste trin var at belægge hver fiber med TiO ₂ . "Afsætning af atomlag anvender forstadier til det materiale af interesse, der er fremstillet af gas eller væske, der hurtigt fordamper ved lavt tryk. I dette tilfælde, vi brugte titantetrachlorid (TiCl ₄ ) og vand (H ₂ O) som forstadier. Dette blev gjort i et vakuumkammer opvarmet til 100 ° C og 150 ° C, "forklarede han.

TiCl ₄ blev frigivet i successive pulser på 0,25 sekunder. Når den frigives i et vakuum, TiCl ₄ fordamper hurtigt og reagerer med fibrernes overflade, binding til hydroxylradikaler (OH-) og oxygenradikaler (O _{2 -} ) til stede i materialet.

Fordi TiCI4 ikke reagerer med sig selv, den indledende puls fyldte kun et lag, som derefter blev oxideret med damp. Hydrogen bundet til klor og ilt bundet til titan, dannelse af det første enkeltlag af TiO ₂ .

Denne procedure blev gentaget cirka 1, 000 gange, opbygning af TiO ₂ struktur lag for lag. For at fjerne PBAT -substratet og frigøre TiO ₂ nanorør, materialet blev opvarmet til 900 ° C på en kontrolleret måde. Resultatet var et ark TiO ₂ nanorør med en tykkelse på cirka 100 nanometer.

"Afsætningsteknikken er baseret på overfladereaktioner og resulterer derfor i en jævn belægning, dækker fibrene en efter en. Det er relativt enkelt, men kræver automatisering, så mængden af ​​materiale og spredningstid kontrolleres strengt, "Sagde Pessoa.

Som et materiale til filtrering, arket TiO ₂ nanorør kombinerer den mekaniske dyd ved at blokere partikler større end en bestemt størrelse med den biokemiske dyd ved at generere radikaler, der let nedbryder organisk materiale, når de bestråles med UV -lys. Fordi arket er lavet af nanofibre, det har et stort overfladeareal, hvilket øger reaktionshastigheden betydeligt.