Titandioxid (TiO ₂ ) har avsevärd kraft som fotokatalysator - ett material som fångar ljusenergi för att påskynda kemiska reaktioner som annars är svåra att uppnå. En av dess mest lovande tillämpningar är att bryta ned organiska (kolbaserade) föroreningsmolekyler i avloppsvatten. I Journal of Colloid and Interface Science rapporterar forskare i Kina och Australien att man kontrollerar tjockleken på väggarna i extremt smala TiO ₂ rör kan avsevärt öka materialets fotokatalytiska effektivitet.

Ljus som absorberas i rören sprids längs dess inre yta, sparkar elektroner till högenergitillstånd där de sedan kan främja de kemiska reaktioner som katalyseras. Forskargruppen har tagit fram en metod för att kontrollera tjockleken på rörens väggar, och har undersökt effekten som varierande tjocklekar har på effektiviteten av den lätta skörden och det katalytiska beteendet.

"Vår strategi att justera väggtjockleken på TiO ₂ nanorör och mikrorör öppnar ett nytt tillvägagångssätt för att förbättra den fotokatalytiska prestandan hos TiO ₂ , " säger motsvarande författare Zhi-Gang Chen vid University of Southern Queensland i Australien. Andra medlemmar i teamet är baserade vid Shaanxi University of Science and Technology i Kina.

Nanorören förbereds med hjälp av elektrospinning, en process som utnyttjar en elektrisk kraft för att dra ut elektriskt laddade material från en lösning, i detta fall snabbt följt av stelning i mikro- och nanorören.

Arbetet började som ett försök att helt enkelt förbereda rör med tunnare väggar för att övervinna ett problem som orsakades av rekombinationen av elektriska laddningar när de separerades av absorberat ljus. "Vi fann att i en enkel process i ett steg kunde vi enkelt justera väggtjockleken på rören genom att variera dosen av flytande paraffin som används i lösningen, säger Chen.

Detta ledde sedan till den avgörande upptäckten att varierande väggtjocklek hade stor effekt på att upprätthålla separationen av elektrisk laddning som är avgörande för den katalytiska effekten. "Det här var faktiskt en stor överraskning för oss, säger Chen, förklarar att det bevisades genom att jämföra den fotokatalytiska aktiviteten för fem olika väggtjocklekar. Den mest effektiva versionen av rören kunde katalysera nedbrytningen av två provavloppsvattenföroreningar - dinitrofenol och rhodamin - med 99,9 procent respektive 97,8 procents effektivitet.

Chen påpekar att jämfört med andra sätt att tillverka de katalytiska rören, deras elektrospinningsmetod erbjuder fördelarna med bättre kontroll, lägre kostnader och större mångsidighet i de material som den kan appliceras på. Liknande förbättringar i andra katalysatorer än TiO ₂ kan förväntas i framtiden.

Sålänge, TiO ₂ är lämplig för att katalysera ett brett spektrum av viktiga reaktioner förutom nedbrytning av oönskat förorenande avfall. Dessa möjligheter inkluderar att använda solens energi för att driva uppdelningen av vatten för att generera väte som bränsle, omvandlingen av koldioxid till användbara produkter, och tillämpningar vid tillverkning av solceller och elektriska lagringsenheter.