Vedci vytvorili nový hybridný materiál. Z vody, vzduchu a slnka vyrába známy peroxid

Vedci z amerického laboratória Argonne National Laboratory vyvinuli nový hybridný materiál, ktorý dokáže výrazne efektívnejšie vyrábať peroxid vodíka. Systém využíva iba slnečné svetlo, vzduch a vodu a podľa výskumníkov dokáže vyprodukovať viac než päťnásobné množstvo peroxidu vodíka v porovnaní so samotným polovodičom.

Inšpiráciu našli v prírode

Nový materiál vznikol pomocou technológie označovanej ako nanoarchitectonics, ktorá využíva nanoskopické stavebné prvky na vytváranie presne navrhnutých funkčných štruktúr. Výskumníci pri jej vývoji spojili anorganický polovodič s biologickým materiálom pochádzajúcim z mikroorganizmov.

Základ tvoria vrstvy oxychloridu bizmutitého (BiOCl) s hrúbkou približne 200 nanometrov. Na nich sa nachádzajú časti takzvanej fialovej membrány. Ide o prirodzene sa vyskytujúci materiál pochádzajúci z archeí, teda mikroorganizmov, ktoré dokážu využívať svetelnú energiu.

Práve kombinácia týchto dvoch materiálov je kľúčová pre fungovanie systému.

Biologická membrána funguje ako solárny panel

Po dopade svetla fialová membrána zachytáva jeho energiu a podporuje pohyb protónov a elektrónov na rozhraní s polovodičom. BiOCl následne využíva vzniknuté náboje na premenu kyslíka zo vzduchu a vody na peroxid vodíka (H₂O₂).

Výskumníci uvádzajú, že hybridný materiál dokázal vyrobiť viac ako päťkrát viac peroxidu vodíka než samotný oxychlorid bizmutitý.Významné je aj to, že proces prebieha za bežných podmienok. Nevyžaduje teda extrémne teploty ani vysoký tlak.

„Náš systém funguje za bežných podmienok a využíva iba lacné a dostupné materiály,“ uviedla vedkyňa Elena Rozhkova z Center for Nanoscale Materials v Argonne National Laboratory.

Unsplash

Peroxid vodíka má široké využitie

Peroxid vodíka patrí medzi dôležité chemické látky využívané v priemysle aj každodennom živote. Používa sa napríklad na dezinfekciu, bielenie a zosvetľovanie a nachádza uplatnenie v rôznych výrobných procesoch aj v zdravotníctve.

Jeho výroba však môže byť energeticky náročná a vyžaduje komplexné katalytické systémy.Nový prístup by preto mohol predstavovať zaujímavú alternatívu. Namiesto náročných priemyselných podmienok využíva svetelnú energiu a jednoduché suroviny dostupné v okolí.

Materiál dokáže vytvárať aj ďalšie chemikálie

Výskum publikovaný v časopise Journal of the American Chemical Society ukázal, že hybridné nanoskopické vrstvy dokážu za bežných podmienok premieňať kyslík na peroxid vodíka prostredníctvom procesu zahŕňajúceho prenos dvoch elektrónov a dvoch protónov. Súčasne systém premieňa etylénglykol na chemikálie s vyššou pridanou hodnotou.

Vedci tak nevyvinuli iba nový spôsob produkcie jednej chemickej látky. Demonštrovali tiež, že starostlivo navrhnuté rozhranie medzi biologickým materiálom a polovodičom môže ovplyvniť chemické reakcie a zvýšiť schopnosti materiálu.

Výskumníci teraz ukazujú, že spojenie biologických komponentov s anorganickými nanomateriálmi môže otvoriť nové možnosti pre chemickú výrobu poháňanú slnečným žiarením. Najväčšou výhodou nového systému zostáva jeho jednoduchosť – namiesto náročných podmienok využíva slnečné svetlo, vzduch a vodu.

Čítajte viac z kategórie: Novinky