Nanoarchitektonika to specjalny sposób tworzenia materiałów
Hybrydowy materiał opracowany z myślą o produkcji nadtlenku wodoru powstał dzięki zastosowaniu technologii zwanej nanoarchitektoniką, która pozwala przekształcać światło słoneczne, powietrze i wodę w tę cenną substancję chemiczną. Ujawniono również, że nanoarchitektonika wykorzystuje elementy budulcowe w skali nano do tworzenia funkcjonalnych struktur z materiałów, często czerpiąc inspirację z systemów żywych.
Opracowany przez naukowców materiał opiera się na ułożonych warstwowo nanowarstwach, około 500 razy cieńszych od ludzkiego włosa. Warstwy te tworzą układ hybrydowy: tlenochlorek bizmutu, syntetyczny materiał półprzewodnikowy, łączy się z fragmentami fioletowej membrany wykonanej z naturalnie występującego, pochłaniającego światło materiału biologicznego pochodzącego od mikroorganizmów halofilnych zwanych archeonami.
Jak działa nowy materiał?
Gdy światło pada na ten materiał, fioletowa membrana działa jak biologiczny panel słoneczny, wychwytując energię świetlną. Następnie napędza ona ruch protonów i elektronów. Proces ten pomaga półprzewodnikowi przekształcić tlen z powietrza i wody w nadtlenek wodoru. W badaniach laboratoryjnych materiał hybrydowy wytworzył ponad pięć razy więcej nadtlenku wodoru niż sam półprzewodnik. Naukowcy z Narodowego Laboratorium Argonne wykazał, że powstałe w ten sposób hybrydowe nanowarstwy PM-BiOCl skutecznie przekształcają tlen cząsteczkowy w nadtlenek wodoru w procesie transferu dwóch elektronów i dwóch protonów w warunkach otoczenia, jednocześnie przekształcając glikol etylenowy w chemikalia o wartości dodanej.
- Nasz system działa w warunkach otoczenia i wykorzystuje wyłącznie niedrogie, łatwo dostępne materiały. Gdybyśmy mieli przeprowadzić tę samą reakcję na skalę przemysłową, wymagałoby to dużego nakładu energii i bardziej złożonych układów katalitycznych. Nasze podejście pokazuje, w jaki sposób starannie zaprojektowane interfejsy nano-bio mogą kierować reakcjami chemicznymi w łagodnych warunkach - twierdzi Elena Rozhkova, naukowiec z Centrum Materiałów Nanoskalowych, ośrodka badawczego Biura Naukowego Departamentu Energii (DOE) w Argonne.
