El nuevo material puede acelerar la evaporación en plantas de desalinización y rastrear moléculas peligrosas

Las nanopartículas de dióxido de titanio decoradas con oro absorben aproximadamente el 96% del espectro solar y lo convierten en calor. El material puede acelerar la evaporación en plantas de desalinización hasta 2,5 veces y puede rastrear moléculas y compuestos peligrosos.
Un equipo de investigación internacional con representantes de la Universidad Federal del Lejano Oriente (FEFU), la Universidad ITMO y la Rama del Lejano Oriente de la Academia de Ciencias de Rusia, publicó un artículo relacionado en ACS Applied Materials and Interfaces. El acceso al agua potable está incluido en los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU. Mientras tanto, la Organización Mundial de la Salud (OMS) y el Fondo para la Infancia (UNICEF) abordaron el problema en el informe de 2019, señalando que 2.
2.000 millones de personas carecen de acceso a agua potable. Una de las formas de proporcionar agua potable limpia es desalar el agua de mar por evaporación y posterior concentración de vapor. Para lograr una mayor producción, se necesitan nuevos materiales para acelerar la evaporación.
Durante los últimos cinco años, este se ha convertido en un campo de investigación en rápido crecimiento a nivel mundial. Estos materiales innovadores fueron diseñados por FEFU, FEB RAS y científicos de la Universidad ITMO se unieron a colegas de España, Japón, Bulgaria y Bielorrusia. Los investigadores afirman que se puede utilizar como nanocalentador para la evaporación del agua y como detector óptico en sistemas de sensores que rastrean los rastros más pequeños de varias sustancias en un líquido.
Las propiedades posteriores pueden ser relevantes para los sistemas biomédicos de microfluidos, el laboratorio en chips y el monitoreo ambiental de contaminantes, antibióticos o virus en el agua. Tras la irradiación con láser, el dióxido de titanio inicialmente cristalino se volvió completamente amorfo adquiriendo propiedades de absorción de luz fuertes y de banda ancha. La decoración y el dopaje del material mediante nanoclusters de oro también facilitaron la absorción de la luz visible.
Inicialmente, teníamos la intención de utilizar la función en el contexto de la energía solar, pero rápidamente nos dimos cuenta de que debido a la nueva estructura amorfa, las nanopartículas en la capa activa de las células solares convertirá la energía solar absorbida en calor en lugar de electricidad. Pero surgió la idea de utilizarlo como una especie de nanocalentador en un tanque de desalinización, lo que se realizó con éxito en condiciones de laboratorio ". Alexander Kuchmizhak, autor del estudio e investigador principal, Instituto de Procesos de Automatización y Control, Universidad Federal del Lejano Oriente El material se obtuvo mediante una tecnología sencilla y ecológica de ablación láser en un líquido.
& laquoAgregamos nanopolvos de dióxido de titanio a un líquido que contiene iones de oro e irradiamos la mezcla con pulsos de láser del espectro visible. El método no requiere equipos costosos, productos químicos peligrosos y se puede optimizar fácilmente para sintetizar nanomateriales únicos a una tasa de gramos por hora ", dijo el participante de la investigación Stanislav Gurbatov, investigador junior del Instituto Politécnico de FEFU (escuela). Cabe destacar que las nanopartículas iniciales de dióxido de titanio no absorben la radiación láser visible.
Sin embargo, catalizan la formación de racimos de oro de tamaño nanométrico en su superficie, lo que estimula la fusión adicional del dióxido de titanio. Varias nanopartículas híbridas se fusionan formando una nanomorfología única, en la que los nanoclusters de oro se encuentran tanto en el interior como en la superficie del dióxido de titanio. El nanopolvo de dióxido de titanio amorfo decorado con Au parece completamente negro para el ojo humano, ya que absorbe eficientemente dentro de todo el espectro de luz visible como lo hace un agujero negro en el espacio y lo convierte en calor.
En marcado contraste, el polvo comercial de dióxido de titanio utilizado como material de partida, se ve como blanco. El desarrollo de nuevos materiales, incluidos los que apoyan nuevos principios físicos manejables para una amplia gama de aplicaciones, se encuentra dentro de las áreas prioritarias de FEFU en las que los científicos están trabajando en estrecha colaboración con la Academia de Ciencias de Rusia, colegas nacionales y extranjeros.