Ett nytt kompositmaterial har utvecklats av forskare vid Energy Safety Research Institute (ESRI) vid Swansea University som visar löften som en katalysator för nedbrytning av miljöskadliga syntetiska färgämnen, som släpps i en takt av nästan 300, 000 ton per år ut i världens vatten.

Denna roman, ofarligt fotokatalytiskt material tar effektivt bort färgämnen från vatten, adsorberar mer än 90 % av färgämnet och ökar hastigheten för färgämnesnedbrytning med nästan tio gånger med hjälp av synligt ljus.

Forskarna, ledd av Dr Charles W. Dunnill och Dr Daniel Jones vid Energy Safety Research Institute i Swansea University, rapporterade sin upptäckt i Nature open access journal Vetenskapliga rapporter .

Genom att värma reaktionsblandningen vid höga tryck inuti en förseglad behållare, kompositen syntetiseras genom att odla ultratunna "nanotrådar" av volframoxid på ytan av små partiklar av tantalnitrid. Som ett resultat av den otroligt lilla storleken på de två materialkomponenterna - både tantalnitrid och volframoxid är vanligtvis mindre än 40 miljarddelar av en meter i diameter - ger kompositen en enorm yta för färginfångning.

Materialet fortsätter sedan att bryta ner färgämnet till mindre, ofarliga molekyler som använder energin från solljus, i en process som kallas "fotokatalytisk nedbrytning". Efter att ha tagit bort de skadliga färgämnena, katalysatorn kan helt enkelt filtreras från det renade vattnet och återanvändas.

Medan den fotokatalytiska nedbrytningen av färgämnen har undersökts i flera decennier, det är bara relativt nyligen som forskare har utvecklat material som kan absorbera den synliga delen av solspektrumet - andra material, såsom titandioxid, kan också bryta ner färgämnen med solenergi, men deras effektivitet är begränsad eftersom de bara absorberar högre energi, ultraviolett ljus. Genom att använda ett mycket större spektrum av spektrum, material som de som används av ESRI-teamet vid Swansea University-teamet kan ta bort föroreningar i en mycket överlägsen hastighet.

Båda materialen som används i studien har rönt stort intresse de senaste åren. Volframoxid, särskilt, anses vara ett av de mest lovande materialen för en rad fotokatalytiska tillämpningar, på grund av dess höga elektriska konduktivitet, kemisk stabilitet och ytaktivitet, förutom dess starka ljusabsorbering. Som halvledare med låg bandgap, tantalnitrid är röd till färgen på grund av sin förmåga att absorbera nästan hela spektrat av synligt ljus, och utvinner därför en stor mängd energi från solljus för att driva nedbrytningsprocesserna.

Dock, den verkliga potentialen för de två materialen realiserades först när de kombinerades till en enda komposit. På grund av utbytet av elektroner mellan de två materialen, testfärgämnet som användes i studien bröts ned av kompositen i ungefär dubbelt så hög hastighet som tantalnitrid ensamt uppnådde, medan enbart volframoxid visade sig vara oförmögen till färgämnesnedbrytning. I motsats till andra ledande fotokatalytiska material, många av dem är giftiga för både människor och vattenlevande organismer, båda delarna av kompositen klassas som ofarliga material.

Forskarna som ansvarar för studien tror att deras forskning bara ger ett smakprov på materialets potential. "Nu när vi har visat kapaciteten hos vår komposit, vi strävar efter att inte bara förbättra materialet ytterligare, men att också börja arbeta med att skala upp syntesen för tillämpning i verkligheten." sa Dr. Jones. "Vi undersöker också dess lönsamhet inom andra områden, såsom fotokatalyserad klyvning av vatten för att generera väte."