Оксиды металлов используются в роли фотокатализаторов для очистки воздуха, реакций разложения воды, для производства самоочищающихся покрытий для стёкол и зеркал. Улучшить свойства этих веществ можно при помощи наночастиц
Оксиды металлов зачастую используются в роли
фотокатализаторов для различных систем. Например, для очистки
воздуха, реакций разложения воды и даже для производства
самоочищающихся покрытий для стёкол и зеркал. Улучшить
физико-химические свойства этих веществ можно при помощи
наночастиц, после добавления которых обычный оксид превращается в
наноматериал, дающий новые возможности. Однако чтобы эффективно
добавлять наночастицы, необходимо понимать процессы, происходящие
при формировании нанокомпозитов, и уметь управлять ими. Учёные из
Университета ИТМО совместно с коллегами из Франции и США
показали, что при помощи фемтосекундного лазера можно управлять
структурой и свойствами нанокомпозитного материала из диоксида
титана и наночастиц золота.
Работа опубликована в журнале ACS The journal of
physical chemistry C.
Некоторое время назад ученые и инженеры создали специальные
материалы, которые позволяют ускорять химические процессы под
воздействием света. Такие материалы можно применять в самых
разных устройствах: от систем очистки воздуха до создания
топливных ячеек. Одним из таких перспективных материалов является
диоксид титана, в который для усиления фотокаталитических свойств
можно внедрять наночастицы золота, и над этим в том числе
работают сотрудники Университета ИТМО.
Правда изготовить такие композитные материалы не так-то просто.
Если создание тонких пленок оксида титана уже не составляет труда
(как и создание наночастиц золота), то надежной методики
совмещения этих компонентов пока нет. Cложным остается размещение
наночастицы в пленках оксидов, а тем более контроль их размерами
и распределением. Для этой цели международной группой ученых, в
состав которой вошли исследователи из Университета ИТМО, был
предложен метод с применением лазерного излучения.
«Если мы воздействуем на такой материал лазерным излучением,
то меняются свойства самих частиц, а также матрицы диоксида
титана вокруг этой наночастицы», – поясняет научный
сотрудник Университета ИТМО Максим Сергеев.
Специалистами из Университета ИТМО и Лаборатории Юбера Кюрьена
был проведен эксперимент: в тонкие пленки пористого диоксида
титана внедряли ионы золота с быстрым формированием частиц
размерами всего несколько нанометров, а затем материал
подвергался лазерной обработке. Выяснилось, что если правильно
подобрать настройки фемтосекундного лазера, то его воздействия
хватит, чтобы эффективно управлять процессом роста наночастиц, но
не повредить материал. В частности если скорость перемещения
лазера мала, вокруг выросших наночастиц могут возникать полости в
плёнке диоксида титана.
Татьяна Итина, директор по исследованиям
Французского научного центра в лаборатории Юбера Кьюрена и
руководитель работ во Франции, поясняет: «Для объяснения
такого эффекта мы с коллегами из Аризонского университета
разработали теоретическую модель, которая позволила определить
температурное распределение в материале под действием лазера с
учетом различных эффектов, в том числе резонансного поглощения на
металлических частицах, локального усиления поля,
фотоиндуцированной генерации свободных электронов, а также
фотоэмиссии. Оказалось, что материал нагревается сильнее, если в
нём есть сразу и крупные, и небольшие частицы, но всё же этой
температуры недостаточно для плавления и разрушения материала,
если правильно подобрать параметры лазера».
Полученные результаты позволили лучше понять механизмы
формирования нанокомпозитных плёнок и расширили возможность
управления их свойствами. Использование лазера для данных целей
существенно облегчит производство таких «позолоченных» пленок
оксида титана, что облегчит их внедрение в промышленность. Однако
пока говорить о том, что технология готова для применения, еще
рано.
Иллюстрация: журнал ACS The journal of physical
chemistry C
Источник: scientificrussia.ru
