Ученые ДГУ разработали материал, способный разрушать органические загрязнители и собирать энергию из окружающей среды

МАХАЧКАЛА, 29 марта – РИА «Дагестан». Ученые ДГУ разработали гибридный материал, способный разрушать органические загрязнители и собирать энергию из окружающей среды, сообщили в пресс-службе университета.

Так, они разработали магнитоэлектрический нанокомпозит на основе поливинилиденфторида и наночастиц феррита висмута, способный эффективно разрушать органические загрязнители под действием света и ультразвука, а также генерировать электрический заряд при механическом воздействии и в магнитном поле.  

В современной физике и химии востребованы материалы, которые могут одновременно служить катализаторами, то есть ускорять химические реакции, и генерировать энергию. Одно из перспективных решений в этом направлении — полимерные нанокомпозиты на основе поливинилиденфторида и наночастиц феррита висмута. Поливинилиденфторид — полимер, способный преобразовывать механическую энергию в электричество, а феррит висмута — магнитоэлектрический наноматериал, под действием света осуществляющий химические превращения. Их сочетание позволяет создавать интеллектуальные материалы с возможностью самозахвата энергии из окружающей среды.

Ученые ДГУ синтезировали композитные пленки, включив наночастицы феррита висмута в матрицу поливинилиденфторида. Эксперименты показали, что материал в течение часа под действием ультрафиолета разлагает органический краситель метиленовый синий, широко используемый в медицине, красильной и химической промышленности, с эффективностью до 97%. При ультразвуковой обработке эффективность достигла 83%.

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.

Также ученые 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.

Кроме того, новый материал способен собирать и накапливать энергию. При воздействии ультразвука и механическом сжатии напряжение в композите увеличивалось в 1,9 раза по сравнению с чистым поливинилиденфторидом. Благодаря магнитоэлектрическому эффекту материал генерировал электрический заряд даже под воздействием слабого переменного магнитного поля.  

«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», — отметил кандидат химических наук, заведующий лабораторией Smart Materials ДГУ Фарид Оруджев.

В исследовании принимали участие сотрудники Института физики имени Х. И. Амирханова Дагестанского федерального исследовательского центра РАН (Махачкала), Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) и Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград), Почвенного института имени В. В. Докучаева (Москва) и Национального инженерного института (Индия).