Исследователи Института химии растворов имени Г.А. Крестова РАН (Иваново) разработали новый способ синтеза нитрида углерода в β-фазе – вещества, сопоставимого по твердости с алмазом. Новый материал способен разлагать органические загрязнители под действием света и может применяться для очистки сточных вод. Работа поддержана грантом Российского научного фонда и опубликована в журнале Diamond and Related Materials.
Как это работает?
Нитрид углерода состоит из трех атомов углерода и четырех атомов азота. Его β-фаза теоретически должна быть тверже алмаза, но получить ее крайне сложно: для этого требуются катализаторы на основе благородных металлов, температура до 1400°C и давление, превышающее атмосферное в десятки тысяч раз. Ивановские ученые предложили метод, не требующий ни высоких температур, ни сложного оборудования.
Суть технологии заключается в пропускании электрического разряда между графитовыми электродами, погруженными в раствор органических веществ – мочевины или ацетонитрила. При этом образуется плазма, в которой молекулы распадаются на активные частицы и формируют наночастицы β-фазы нитрида углерода.
Эксперименты показали: полученный материал разлагает органические красители под действием ультрафиолета в 1,5–2 раза быстрее, чем существующие аналоги, сохраняя стабильность даже после многократного использования. Анализ показал, что высокая активность вещества связана с идеальной кристаллической решеткой, практически лишенной дефектов.
При этом свойства образцов зависят от состава раствора: материал, синтезированный в мочевине, оказался более пористым и эффективным для разрушения загрязнителей, а образцы на основе ацетонитрила – плотнее и устойчивее. Такая вариативность открывает возможности для настройки характеристик вещества под конкретные экологические задачи – от очистки воды до фильтрации воздуха.
“Использование дешевых реактивов – мочевины или ацетонитрила – и одностадийный синтез снижают стоимость производства, что важно для внедрения технологии в промышленность. Новый метод может заменить дорогие и токсичные катализаторы и способствовать переходу к устойчивому химическому производству”, – пояснил Николай Сироткин, кандидат химических наук, научный сотрудник Института химии растворов РАН.
В дальнейшем исследователи планируют создавать композитные материалы на основе нитрида углерода и оксидов титана или меди для повышения эффективности фотокатализа. Такой подход позволит получать экологические материалы в одном реакторе без сложных многостадийных процессов.
