2Zespół naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie i Wydziału Chemii Uniwersytetu w Fuzhou w Chinach opracował nowy materiał fotokatalityczny. Jest to materiał nowatorski, złożono go bowiem z zero i jednowymiarowych struktur półprzewodnikowych z dwuwymiarowym grafenem. Sam materiał ma strukturę 3D i zaprojektowano go tak, aby podczas przetwarzania energii słonecznej zapewnić jak najwydajniejszą pracę.
Składa się on z punktowych wydzieleń siarczku kadmu (tzw. struktur zerowymiarowych) z nanoprętami tlenku cynku (strukturami 1D) i grafenem (strukturą 2D). Jest to materiał fotokatalityczny, a więc taki w którym promieniowanie, zarówno widzialne jak i ultrafioletowe aktywuje związki chemiczne i przeprowadza reakcje, magazynujące energię słoneczną. Umożliwia to m.in. redukcję CO2 do metanolu czy wytwarzanie związków organicznych dla przemysłu farmaceutycznego.
W przypadku nowego materiału fotokatalitycznego , opracowanego przez grupę z IChF PAN i Uniwersytetu w Fuzhou zasada działania jest następująca: foton o istotnej energii pada na półprzewodnik – tlenek cynku ZnO lub siarczek kadmu CdS . W nowym materiale elektrony, uwolnione na skutek oddziaływania w półprzewodnikach z fotonami, spływają wzdłuż nanoprętów na grafenowe podłoże. Tam znajdują się substancje organiczne ulegające reakcji; elektrony tworzą nowe wiązania powodując syntezę nowych związków.
Ponieważ tlenek cynku reaguje tylko na promieniowanie ultrafioletowe, którego w świetle słonecznym jest niewiele, nanopręty dodatkowo pokryte są siarczkiem kadmu. Ten oddziałuje ze światłem widzialnym, którego jest ok. 10 razy więcej niż ultrafioletu iw ten sposób powstają konieczne dla reakcji chemicznych elektrony.
Jak twierdzi prof. Yi-Jun Xu z Wydziału Chemii Uniwersytetu w Fuzhou w Chinach nowy materiał fotokatalityczny pracuje z dużą wydajnością. "Zwykle dodajemy go do przetwarzanych związków w proporcji mniej więcej 1:10. Po ekspozycji na promieniowanie słoneczne w ciągu nie więcej niż pół godziny przetwarzamy 80 proc., a niekiedy nawet ponad 90 proc. substratów" - stwierdza.
Według dr hab. inż.Juana Carlosa Colmenaresa, prof. IChF PAN, wielką zaletą nowego fotokatalizatora jest łatwość produkcji. "Wymyślony przez nas proces pokrywania grafenu plantacjami nanoprętów tlenku cynku, na których następnie osadzamy wydzielenia siarczku kadmu, jest szybki, efektywny, przebiega w temperaturze niewiele wyższej od pokojowej, przy zwykłym ciśnieniu, nie wymaga też żadnych wyrafinowanych substratów" - zauważa prof. Colmenares.
Nowy fotokatalizator zużywa się także wolno, co jest jego następną zaletą. W trakcie przeprowadzonych doświadczeń okazało się, że po 6-7 użyciu dochodzi do ok. 10 proc. spadku wydajności. Fotokatalizator tego typu zastosowany np. w przemyśle farmaceutycznym mógłby zmniejszyć liczbę etapów produkcji niektórych związków farmakologicznych z kilkunastu do zaledwie kilku.