Создатели витражей храмов средневековья знали толк в нанотехнологиях.

Яркие цвета витражей, украшающих храмы средневековой Европы, впечатляют нас до сих пор. Исследования показали, что стекло делали цветным добавки наночастиц (фактически - измельченных в порошок) золота и других металлов. Доктор Хэй Йонг Чжу из австралийского Технологического университета Квинсленда предположил, что витражи были не только произведениями искусства, но и, выражаясь современным научным языком, фотокаталитическими очистителями воздуха, удаляющими органические загрязнения. Катализаторами служили те же самые наночастицы золота. Ученый доказал, что крошечные частицы золота на поверхности стекла под воздействием солнечного света переходили в возбужденное состояние и могли разрушать органические загрязнения (те, которые до них долетали). Более того, они и сегодня сохраняют свою каталитическую активность. 

"Нанокраска" действует как фотокаталитический очиститель воздуха и способна очищать воздух от вредных для здоровья компонент - таких, как как летучие органические химические вещества (ЛХВ). Именно ЛХВ придают характерный "новый" запах, например, салону автомобиля. Вместе с тем, выделяемые в атмосферу органические летучие вещества вредны для здоровья даже в небольших количествах. Наночастицы золота под действием солнечных лучей становятся активным катализатором, превращающим вредные для здоровья летучие вещества в относительно безвредные. Технология фотокатализа, разработанная еще на заре Средневековья, не требует использования внешнего источника энергии, экологически безвредна и к тому же эстетична. В настоящее время аналогичная технология лежит в основе создания эффективных очистителей воздуха. Для их работы достаточно солнечного света, нагревающего наночастицы золота, тогда как обычные очистители (в них обычно используют оксид титана, серебро) требуют гораздо больше энергии для нагрева всего катализатора.

 Одним из величайших открытий для катализа был эффект работы катализатора под видимым светом. Когда ученые научатся в совершенстве управлять этим процессом, использование солнечного света - совершенно бесплатного, доступного и "зеленого" (экологичного) источника энергии - перевернет современную химию. Как контраст этому процессу - современные химические реакции часто требуют высокую температуру и затраты энергии. Половина солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли приходит в форме видимого света. Развитие фотокатализа отвечает на видимый свет, который позволяет нам использовать больше солнечного спектра для производства гидрогенной энергии разделения воды, очищения воды и воздуха (взгляните на церковные витражи) и другие каталитические приложения. 

Золотая нанотехнология + солнечный свет = экологичная "зеленая" химия 

В начале 18-го столетия были проведены наблюдения за основными химическими элементами, ускоряющими химические реакции - процесс, позднее получивший название катализа и положивший основу современной химической промышленности. По многим оценкам, катализ в разных фазах используется в 90% производства всей коммерческой химической продукции. Катализ ускоряет химические реакции элементом, названным катализатором, который сам по себе не вступает ни в какие реакции. Самыми эффективными катализаторами обычно являются металлы и сплавы. 

"Много подходов предлагалось для развития фотокатализа видимого света, включая добавки диоксида титана с ионами металлов или групп атомов металлов, внедрение азота и меди в диоксид титана и работа других оксидов металлов или полиметаллов как каталитических материалов" - рассказал доктор Чжу."Исследования были в основном сконцентрированы на оксидах полупроводников. Кислоты также изучались, но они не были пригодны для катализаторов, так как не обладали химической стабильностью. Тем не менее, проводился и поиск катализаторов, способных работать под видимым солнечным светом с использованием полупроводников с разорванными связями структуры, тянущихся к другим материалам, таким как золотые наночастицы."

«Золото, измельченное до размеров наночастиц, становится очень активным под действием солнечного света. Электромагнитные колебания солнечного излучения резонируют с колебаниями электронов наночастиц золота. В результате общее магнитное поле на поверхности наночастиц золота увеличивается в сотни раз и разрушает межмолекулярные связи загрязняющих агентов, содержащихся в воздухе». Доктор Чжу полагает, что побочным продуктом этих реакций был углекислый газ, который в небольших количествах сравнительно безопасен.

 Снимки электронного микроскопа - золотой катализатор на различных оксидных основах. a) Au/ZrO₂ b) Au/CeO₂ c) Au/Fe₂O₃ d) Au/SiO₂. Стрелками показаны золотые наночастицы.

Чжу, совместно с коллегами Квинслендского технологического университета и доктор Ху Пин Гао из института новой энергетики химических материалов китайского университета Нанкай в Тяньчжине, опубликовали свое открытие в издании Angewandte Chemie International (Окисление органических частиц под действием видимого света в воздухе с использованием золотого нанокатализатора на оксидных основах). 

"Наше открытие открывает новое направление в фотокатализе удлиняющее механизм реакции, в отличие от полупроводникового фотокатализа" сказал Чжу. "Основываясь на наших результатах, мы предлагаем предварительный механизм реакции для катализа, управляемого светом"

Источник: Nanowerk Spotlight

Есть мнение российских ученых, что сусальное золото, которым покрыты иконы, оклады и иконостасы православных храмов, обладают более выраженным фотокаталитическим эффектом очистки воздуха и поверхностей.

Источник: православный сайт

Просмотров: 4467

Дата: Суббота, 16 Апреля 2011