Новости химической науки > Сенсоры, способные обнаружить следы загрязнения в воде

Специалистам по оценке состоянии окружающей среды и экологам необходимы аналитические методы, позволяющие определять следовые количества ряда органических соединений, являющихся загрязнителями воздуха и питьевой воды.

Результаты исследования Прашата Камата (Prashant V. Kamat) из Университета Нотр Дам могут оказаться полезными для определения таких загрязнителей.

Для увеличения чувствительности в определении веществ-загрязнителей исследователи из группы Камата использовали увеличенно-поверхностную комбинационную спектроскопию (Surface-Enhanced Raman Spectroscopy) и наночастицы серебра. Для анализа была получена полупроводниковая графено-металлическая пленка, преимуществами которой по сравнению с другими системами для аналитического обнаружения органических веществ, загрязняющих воздух или воду, заключается в том, что абсорбция органических молекул на графеновой пленке способствует увеличению концентрации наночастиц серебра у места абсорбции.

Рисунок из Journal of Physical Chemistry Letters, 2012; : 1453 DOI: 10.1021/jz3004206

Исследователи изучали использование графеновых пленок, в которых на противоположные стороны листа графена (или оксида графена) были нанесены обладающий полупроводниковыми свойствами диоксид титана (TiO₂) и наночастицы металла. Камат отмечает, что увеличение чувствительности метода определения и повышение эффективности анализа воды на содержание потенциально опасных органических соединений может быть достигнуто за счет точного контроля размеров наночастиц.

При облучении ультрафиолетом электроны из TiO₂ захватываются пленкой из оксида графена, по которой передаются к инкорпорированным ионам металлов, восстановление которых приводит к увеличению размера имеющихся наночастиц или образованию новых. Такой механизм переноса электрона по системе сопряженных связей графена или оксида графена позволяет создать сенсоры такой архитектуры, в которой будут разделены наночастицы из металла и наночастицы полупроводника.

При этом следует отметить, что если особенности электропроводности отдельных листочков графена, нанесенных на твердые подложки известны хорошо и давно, исследователи из группы Камата продемонстрировали, что движение электронов не ограничивается двумя измерениями, а эффект «перепрыгивания» электронов с одной стороны графенового фрагмента на другую может приводить к селективному осаждению наночастиц серебра с одной из сторон нанокристалла, что, в свою очередь, позволит использовать композиты подобного рода для решения различных практических задач.

Помимо создания аналитических сенсоров, способных к обнаружению малых концентраций органических веществ, по словам Камата, обнаруженный им эффект может найти применение в фотогальванике – например, если расположить с одной стороны графенового листа наночастицы полупроводника, а с другой – металлический катализатор, становится возможным создание системы, способной к расщеплению воды на кислород и водород.

Источник: Journal of Physical Chemistry Letters, 2012; : 1453 DOI: 10.1021/jz3004206

метки статьи: #аналитическая химия, #нанотехнологии, #физическая химия, #химия поверхности, #электрохимия