Коллектив ученых Института фундаментальной медицины и биологии Казанского федерального университета, Российского государственного университет нефти и газа имени И.М.Губкина и Института катализа имени Г.К.Борескова Сибирского отделения Российской академии наук разработал и изучил новые активные фотокатализаторы на основе природных алюмосиликатных нанотрубок со стабилизированными на их поверхности квантовыми точками сульфида кадмия, синтезированными по принципу самосборки.

Работа проводилась при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemistry – A European Journal.

О том, чего удалось достичь ученым, рассказал один из участников междисциплинарного проекта, главный научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории ИФМиБ КФУ «Бионанотехнологии» Равиль Фахруллин.

«Квантовые точки – это наночастицы полупроводников размером до 10 нанометров, обладающие уникальными оптическими свойствами. Они нашли применение во многих отраслях промышленности, включая фотонику, сенсорные технологии, биомедицину, – объясняет биолог. – Совместное исследование показало, что использование природных алюмосиликатных нанотрубок в качестве носителей для квантовых точек сульфида кадмия позволяет создать эффективные и малотоксичные фотокатализаторы, активные под действием видимого излучения».

Синтезированные российскими учеными фотокатализаторы представляют собой нанотрубки с внутренним диаметром до 20 нанометров, на поверхности и внутри которых сформировано порядка 50 наночастиц сульфида кадмия, допированных рутением в качестве со-катализатора. (Рутений –  метал платиновой группы, открытый в 1844 году профессором Казанского университета Карлом Клаусом). Этот инертный метал используется в электронике, в качестве катализатора и антикоррозионной добавки.

«Нами разработан метод самосборки наночастиц на поверхности природных нанотрубок, который был использован для синтеза квантовых точек сульфида кадмия. Его применение позволило увеличить квантовый выход реакции выделения водорода из водных растворов более чем до 9%. В качестве так называемого «со-катализатора» нами был выбран рутений. Известно, что добавление малых количеств рутения приводит к увеличению активности подобных фотокатализаторов в десятки и сотни раз. Его использование позволило предотвратить побочные процессы перераспределения зарядов и реакции, которые снижают количество выделяющего водорода. Интересно отметить, что на стабильность данных фотокаталитических систем большое влияния оказывает отношение серы к кадмию в наночастице сульфида, при достижении определенного значения стабильность системы резко снижается», - сообщила нам участница проекта, старший научный сотрудник РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина Анна Ставицкая.

По словам Р.Фахруллина, разработка фотокатализаторов является одним из наиболее перспективных направлений в современной химии. Фотокатализаторы позволяют эффективно использовать наиболее доступный источник энергии – солнечный свет.

«Фотокатализаторы могут быть использованы для разложения воды на кислород и водород, что позволит получать безопасное и экологически чистое топливо в неограниченных количествах. При помощи фотокатализаторов можно создавать самоочищающиеся поверхности (например, окна, которые не нужно мыть), легко стерилизуемые медицинские инструменты, которые обеззараживать будет свет, а также очищать воду от органических загрязнений и патогенных микроорганизмов, – рассказывает Равиль Фаридович. - Гетерогенные катализаторы, применяемые для фотокатализа, должны не только обладать способностью к ускорению реакции, но еще и быть устойчивыми и не вызывать токсических эффектов в отношении живых систем. Добиться этого позволяет одновременное использование рутения, квантовых точек и нанотрубок галлуазита», - рассказал Равиль Фаридович.

В статье, опубликованной в Chemistry – A European Journal, представлены результаты исследования влияния системы на основе природных нанотрубок галлуазита и квантовых точек сульфида кадмия, синтезированных на его поверхности in situ на организм нематод (распределение наноматериалов в органах, длину тела, репродукционную способность).

«Исследование наноструктурированных фотокатализаторов in vivo в организме нематод показало отсутствие острого негативного эффекта. Разработанные фотоактивные наноматериалы не были обнаружены в тканях, за пределами кишечного тракта почвенных нематод, что является хорошим показателем для наносистем, многие из которых проникают в органы и ткани и отрицательно влияют на организм», - сообщил Равиль Фахруллин.

Ученый также отметил, что разработкой методов синтеза и исследованием материалов занимались сотрудники РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина, а фотокаталитические свойства и стабильность катализаторов были изучены в Институте катализа имени Г.К.Борескова СО РАН.