Нанокомпозиты из кожуры фруктов и ягод помогут очистить воду и катализировать реакции

Химики синтезировали наноматериалы для очистки воды, катализа органических реакций и создания сенсоров. Вещества синтезированы на основе пористого углерода с частицами окиси железа и азота. Статья опубликована в журнале Applied Surface Science, пишет indicator.ru.

Многофункциональные композиты с каталитическими, впитывающими, магнитными и другими свойствами могут применяться в медицине, энергетике, в электронике и в других областях. Лучшие характеристики среди подобных композитов имеют материалы с частицами благородных металлов. Однако они достаточно дороги, а кроме того, теряют первоначальные свойства после нескольких использований. Экономичная альтернатива — наноматериалы из пористого углерода и оксидов железа. Химики РУДН в сотрудничестве с зарубежными коллегами синтезировали ряд таких наноматериалов и изучили потенциал их применения.

Пористую углеродную основу новых нанокомпозитов исследователи получили из экологичного и недорогого материала — нарингина. Это растительный пигмент-флавоноид с горьким вкусом, который содержится в кожуре винограда, томатов и цитрусовых, особенно его много в грейпфруте. Для синтеза нанокомпозитов нарингин смешивали в водных растворах с неорганическими солями, содержащими железо. В 17 параллельных экспериментах использовали разное соотношение веществ-предшественников углерода и железа, чтобы найти оптимальный вариант. В остальном процедура получения материалов была одинаковой: растворы тщательно перемешивали, выдерживали в автоклаве 10 часов, а затем образцы подвергали обжигу в азотной атмосфере. Полученные композиты выглядели как черный порошок и включали в себя как оксиды железа, так и азотные частицы. Содержание железа определило их магнитные свойства, а углеродная основа — высокую пористость и большую площадь поверхности.

Химики РУДН оценили потенциал новых материалов в двух типах экспериментов. Первым стало удаление из воды органических красителей. За 15 минут материал практически полностью удалил из водного раствора три разных красителя — кристаллический фиолетовый, родамин Б и тионин. Оказалось, что композиты можно использовать повторно. Собранные из воды красители легко вымываются из наноматериала этиловым спиртом, а очищенный композит можно собрать из спиртового раствора магнитом. При повторном применении эффективность композита в очистке воды упала всего лишь на 3-4%.

Второй тип экспериментов — колориметрический анализ, то есть определение концентрации химических веществ в растворе по его цвету. Созданный на основе нанокомпозитов сенсор оказался чувствительным даже к малым количествам перекиси водорода и глюкозы (от 0,1 микромоля для перекиси и от 2,6 микромолей для глюкозы). Под влиянием каталитической активности композита субстрат приобретал ярко-голубой цвет в присутствии этих веществ. Причем изменение цвета было заметно невооруженным глазом даже при проверке сенсора на разбавленных в 200 раз энергетических напитках и соках. Как и в экспериментах с очисткой воды, наноматериалы показали высокую устойчивость и пригодность к повторному применению.

«Вероятно, это первый известный материал с превосходными свойствами в стольких разных применениях, — говорит Рафаэль Луке, директор Центра молекулярного дизайна и синтеза инновационных соединений для медицины, приглашенный сотрудник РУДН. — Пористые углеродные композиты с частицами окиси железа и азота могут применяться в очистке воды и качественном анализе, а также в области медицины. Для такого типа материалов это беспрецедентные возможности».

Над исследованием работали ученые Чанчуньского Института прикладной химии и Университета Китайской академии наук, Университета науки и технологий в Хэфее (Китай), Университета Гуджрата (Пакистан), Университета Кордовы (Испания) и Университета Джиммы (Эфиопия). Работа была проведена при поддержке программы «5–100».