Композиты на основе полимеров и магнитоэлектрических наноматериалов могут разрушать органические загрязнители и при этом генерировать электрический заряд. Такой вывод сделали ученые из Дагестанского университета по итогам исследования, результаты которого опубликованы в журнале Polymer.
В современной химии востребованы материалы, которые могут ускорять частицы и, одновременно, генерировать энергию. Примером являются нанокомпозиты на основе поливинилиденфторида (полимера, способного преобразовывать механическую энергию в электричество) и феррита висмута — магнитоэлектрического наноматериала, который под действием света осуществляет химические превращения. Их сочетание позволяет создавать интеллектуальные материалы с возможностью самозахвата энергии из окружающей среды.
Ученые из Дагестанского университета синтезировали композитные пленки, включив наночастицы феррита висмута в матрицу поливинилиденфторида. Эксперимент показал, что материал под действием ультрафиолета разлагает метиленовый синий — органический краситель, использующийся в медицине, красильной и химической промышленности. Эффективность реакции составила 97 %, а при ультразвуковой обработке — 83 % (чем ниже процент, тем выше эффективность).
Авторы проанализировали механизм реакции и выяснили, что ключевую роль в разрушении красителя играют гидроксильные радикалы — частицы, образующиеся под воздействием света и ультразвука. Они атакуют молекулы загрязнителя, вызывая последовательные химические превращения и изменение структуры молекулы. Ученые также обнаружили, что композит способен разлагать загрязнители даже в переменном магнитном поле низкой частоты, сопоставимом с магнитным полем вблизи мощного динамика. При этом эффективность разложения достигла 38 % без дополнительного светового или ультразвукового воздействия. Это открывает новые возможности для создания магнитоуправляемых катализаторов, которые могут работать в слабых переменных магнитных полях.
Особенностью нового материала также является способность собирать и накапливать энергию. При воздействии ультразвука и механическом сжатии напряжение в композите увеличивалось в 1,9 раза в сравнении с чистым поливинилиденфторидом. Благодаря магнитоэлектрическому эффекту материал генерировал электрический заряд даже под воздействием слабого переменного магнитного поля. В экспериментах пленка, помещенная рядом с электрическим проводом бытового прибора, смогла собирать так называемую паразитную электромагнитную энергию — слабые электромагнитные поля, которые возникают вокруг работающих электрических устройств и обычно остаются неиспользованными.
«Разработанный нами материал совмещает каталитические и энергетические функции, что делает его перспективным для создания экологичных технологий очистки воды, автономных датчиков и энергоэффективных устройств. В дальнейшем мы планируем исследовать возможность интегрировать подобные композиты в гибкие источники питания и системы накопления энергии», — цитирует Российский научный фонд кандидата химических наук Фарида Оруджева.
