Gli scienziati dell’Istituto di fisica e tecnologia di Mosca (MIPT) hanno sviluppato una nuova classe di fotocatalizzatori in grado di purificare l’acqua utilizzando la luce solare visibile, segnando un importante passo avanti nelle tecnologie sostenibili di trattamento dell’acqua, secondo il sito ufficiale dell’istituto.
La ricerca è stata condotta da esperti del Centro per la fotonica e i materiali bidimensionali del MIPT in collaborazione con partner internazionali. Il team ha identificato la struttura del materiale più efficiente per l’attività fotocatalitica all’interno dello spettro della luce visibile, come riportato da TV BRICS.
Secondo TV BRICS, la fotocatalisi è considerata un metodo promettente per rimuovere dall’acqua inquinanti organici come coloranti, residui farmaceutici, pesticidi e tracce di olio. Tuttavia, la maggior parte dei fotocatalizzatori esistenti funziona principalmente sotto la luce ultravioletta, che costituisce solo circa il 5% dello spettro solare. In confronto, la luce visibile rappresenta quasi la metà della radiazione solare, rendendo il suo utilizzo vitale per lo sviluppo di tecnologie scalabili e rispettose dell’ambiente.
Per superare questa sfida, i ricercatori hanno utilizzato l’ablazione laser a femtosecondi nei liquidi, una tecnica che prevede impulsi laser ultracorti e ad alta energia che vaporizzano le superfici dei materiali. Il vapore successivamente si condensa in nanoparticelle con proprietà elettroniche personalizzate. È importante sottolineare che il processo genera soluzioni colloidali stabili in acqua senza richiedere tensioattivi, garantendo un metodo di sintesi pulito ed ecologico.
Gli scienziati hanno esaminato due composti a base di niobio: pentossido di niobio (Nbâ¿¿Oâ¿¿) e niobato di litio (LiNbO3). I risultati hanno rivelato che la lavorazione laser alterava ciascun materiale in modo diverso. Nbâ¿¿Oâ¿¿ ha perso la sua struttura cristallina ed è diventato completamente amorfo, mentre il LiNbOâ¿¿ più termodinamicamente stabile ha mantenuto la sua struttura cristallina ma ha sviluppato difetti puntiformi controllati.
Mentre i materiali amorfi tendono a intrappolare e neutralizzare rapidamente i portatori di carica indotti dalla luce, i difetti controllati nelle strutture cristalline migliorano l’assorbimento della luce visibile e prolungano la durata dei portatori di carica. Ciò consente la formazione di specie reattive che decompongono efficacemente gli inquinanti.
Esperimenti di laboratorio hanno dimostrato che il nanocatalizzatore a base di niobato di litio ha aumentato i tassi di degradazione del colorante di 2,3 volte rispetto all’ossido di niobio amorfo, ottenendo una purificazione del 90% entro 150 minuti. I ricercatori mirano a ottimizzare ulteriormente il metodo e ad espanderlo per applicazioni reali di trattamento dell’acqua alimentate a energia solare.
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