Gli scienziati dell'Energy Safety Research Institute (ESRI) dell'Università di Swansea hanno sviluppato un nuovo materiale composito che si dimostra promettente come catalizzatore per la degradazione degli inquinanti dei coloranti sintetici dannosi per l'ambiente, che vengono rilasciati a un ritmo di quasi 300, 000 tonnellate all'anno nell'acqua del mondo.

Questo romanzo, il materiale fotocatalitico non pericoloso rimuove efficacemente gli inquinanti dei coloranti dall'acqua, assorbendo più del 90% del colorante e aumentando la velocità di degradazione del colorante di quasi dieci volte utilizzando la luce visibile.

I ricercatori, guidato dal Dr. Charles W. Dunnill e dal Dr. Daniel Jones presso l'Energy Safety Research Institute dell'Università di Swansea, hanno riportato la loro scoperta sulla rivista Nature ad accesso aperto Rapporti scientifici .

Riscaldando la miscela di reazione ad alte pressioni all'interno di un contenitore sigillato, il composito viene sintetizzato facendo crescere "nanofili" ultrasottili di ossido di tungsteno sulla superficie di minuscole particelle di nitruro di tantalio. Come risultato delle dimensioni incredibilmente ridotte dei due componenti del materiale - sia il nitruro di tantalio che l'ossido di tungsteno hanno tipicamente un diametro inferiore a 40 miliardesimi di metro - il composito fornisce un'enorme superficie per la cattura del colorante.

Il materiale procede quindi a scomporre la tintura in parti più piccole, molecole innocue che sfruttano l'energia fornita dalla luce solare, in un processo noto come "degradazione fotocatalitica". Dopo aver rimosso i coloranti nocivi, il catalizzatore può essere semplicemente filtrato dall'acqua pulita e riutilizzato.

Mentre la degradazione fotocatalitica dei coloranti è stata studiata per diversi decenni, è solo in tempi relativamente recenti che i ricercatori hanno sviluppato materiali in grado di assorbire la parte visibile dello spettro solare - altri materiali, come il biossido di titanio, sono anche in grado di scomporre i coloranti utilizzando l'energia solare, ma la loro efficienza è limitata in quanto assorbono solo maggiore energia, luce ultravioletta. Facendo uso di una gamma molto più ampia dello spettro, materiali come quelli utilizzati dal team ESRI presso il team della Swansea University sono in grado di rimuovere gli inquinanti a una velocità di gran lunga superiore.

Entrambi i materiali utilizzati nello studio hanno suscitato un notevole interesse negli ultimi anni. ossido di tungsteno, in particolare, è considerato uno dei materiali più promettenti per una vasta gamma di applicazioni fotocatalitiche, grazie alla sua elevata conducibilità elettrica, stabilità chimica e attività superficiale, oltre alla sua forte capacità di assorbimento della luce. Essendo un semiconduttore a basso gap di banda, il nitruro di tantalio è di colore rosso per la sua capacità di assorbire quasi l'intero spettro della luce visibile, e quindi estrae un'elevata quantità di energia dalla luce solare per alimentare i processi di degradazione.

Però, il vero potenziale dei due materiali si è realizzato solo quando sono stati combinati in un unico composito. A causa dello scambio di elettroni tra i due materiali, il colorante di prova utilizzato nello studio è stato scomposto dal composito a circa il doppio della velocità raggiunta dal nitruro di tantalio da solo, mentre l'ossido di tungsteno da solo si è dimostrato incapace di degradare il colorante. A differenza di altri importanti materiali fotocatalitici, molti dei quali sono tossici sia per l'uomo che per la vita acquatica, entrambe le parti del composito sono classificate come materiali non pericolosi.

Gli scienziati responsabili dello studio ritengono che la loro ricerca fornisca solo un assaggio del potenziale del materiale. "Ora che abbiamo dimostrato le capacità del nostro composito, miriamo non solo a migliorare ulteriormente il materiale, ma anche per iniziare a lavorare sull'ampliamento della sintesi per l'applicazione nel mondo reale", ha affermato il dott. Jones. "Stiamo anche esplorando la sua fattibilità in altre aree, come la scissione fotocatalizzata dell'acqua per generare idrogeno".