Titandioxid nanopartiklar med guld absorberar cirka 96% av solspektrumet och omvandlar det till värme. Materialet kan påskynda avdunstningen i avsaltningsanläggningar upp till 2,5 gånger och kan spåra farliga molekyler och föreningar. Ett internationellt forskarlag med representanter från Far Eastern Federal University (FEFU), ITMO University, och den ryska vetenskapsakademins Fjärran Östern, publicerade en relaterad artikel i ACS tillämpade material och gränssnitt.

Tillgång till rent vatten ingår i FN:s 17 mål för hållbar utveckling. Under tiden, Världshälsoorganisationen (WHO), och barnfonden (UNICEF) tog upp problemet i en rapport från 2019, noterar att 2,2 miljarder människor saknar tillgång till rent dricksvatten.

Ett av sätten att tillhandahålla rent dricksvatten är att avsalta havsvatten genom avdunstning och efterföljande koncentration av ånga. För att uppnå större produktion, nya material för att påskynda avdunstning önskas. Under de senaste fem åren, detta har blivit ett snabbt växande forskningsfält globalt.

Sådana innovativa material designades av FEFU, FEB RAS, och ITMO-universitetets forskare slog sig samman med kollegor från Spanien, Japan, Bulgarien, och Vitryssland. Forskare hävdar att den kan användas som en nano-värmare för vattenavdunstning och som en optisk detektor i sensorsystem som spårar de minsta spåren av olika ämnen i en vätska. Senare egenskaper kan vara relevanta för biomedicinska system med mikrofluid, lab-on-chips, och miljöövervakning av föroreningar, antibiotika, eller virus i vatten.

"Vid laserbestrålning, den initialt kristallina titandioxiden blev helt amorf och fick starka och bredbandiga ljusabsorptionsegenskaper. Dekorering och dopning av materialet med guldnanokluster underlättade dessutom absorptionen av synligt ljus. Initialt, vi tänkte använda funktionen i samband med solenergi men insåg snabbt att på grund av den nya amorfa strukturen kommer nanopartiklar i det aktiva lagret av solceller att omvandla den absorberade solenergin till värme snarare än elektricitet. Men idén kom att använda den som en slags nanovärmare i en avsaltningstank, som framgångsrikt gjordes i laboratorieförhållanden, " säger en av författarna till tidningen Alexander Kuchmizhak, en senior forskare vid Institute of Automation and Control Processes av FEB RAS.

Materialet erhölls genom en enkel och miljövänlig teknik med laserablation i en vätska.

"Vi tillsatte titandioxid nanopulver till en vätska innehållande guldjoner och bestrålade blandningen med laserpulser av det synliga spektrumet. Metoden kräver ingen dyr utrustning, farliga kemikalier och kan enkelt optimeras för att syntetisera unikt nanomaterial i gram per timme, " sa forskningsdeltagaren Stanislav Gurbatov, juniorforskare vid FEFU Polytechnic Institute (Skola).

Att notera, de initiala nanopartiklarna av titandioxid absorberar inte synlig laserstrålning. Dock, de katalyserar bildandet av guldkluster i nanostorlek på deras yta och stimulerar ytterligare smältning av titandioxid. Flera hybridnanopartiklar smälter samman och bildar unik nanomorfologi, där guldnanokluster finns både inuti och på ytan av titandioxid.

Au-dekorerat amorft titandioxid nanopowder verkar helt svart för det mänskliga ögat eftersom det effektivt absorberar ljus inom hela det synliga ljusspektrumet som ett svart hål i rymden gör och omvandlar det till värme. I skarp kontrast, det kommersiella titandioxidpulvret som används som utgångsmaterial, är vit.

Utveckling av nya material, inklusive de som stöder nya hanterbara fysiska principer för ett brett spektrum av tillämpningar, består av prioriterade områden av FEFU som forskare arbetar med i nära samarbete med Ryska vetenskapsakademin, inhemska och utländska kollegor.