Le nanoparticelle di biossido di titanio con oro assorbono circa il 96% dello spettro solare e lo trasformano in calore. Il materiale può accelerare l'evaporazione negli impianti di desalinizzazione fino a 2,5 volte e può tracciare molecole e composti pericolosi. Un team di ricerca internazionale con rappresentanti della Far Eastern Federal University (FEFU), Università ITMO, e il ramo dell'Estremo Oriente dell'Accademia delle scienze russa, pubblicato un articolo correlato in Materiali e interfacce applicati ACS.

L'accesso all'acqua potabile è incluso nei 17 obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite. Nel frattempo, l'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), e il Fondo per l'infanzia (UNICEF) hanno affrontato il problema in un rapporto del 2019, rilevando che 2,2 miliardi di persone non hanno accesso all'acqua potabile sicura.

Uno dei modi per fornire acqua potabile pulita consiste nel desalinizzare l'acqua di mare mediante evaporazione e successiva concentrazione di vapore. Per ottenere una maggiore produzione, sono desiderati nuovi materiali per accelerare l'evaporazione. Negli ultimi cinque anni, questo è diventato un campo di ricerca in rapida crescita a livello globale.

Tali materiali innovativi sono stati progettati da FEFU, FEBBRAIO RAS, e gli scienziati dell'Università ITMO hanno collaborato con colleghi spagnoli, Giappone, Bulgaria, e Bielorussia. I ricercatori affermano che può essere utilizzato come nano-riscaldatore per l'evaporazione dell'acqua e come rilevatore ottico nei sistemi di sensori che tracciano le più piccole tracce di varie sostanze in un liquido. Le proprietà successive possono essere rilevanti per i sistemi biomedici a microfluidi, laboratorio su chip, e monitoraggio ambientale degli inquinanti, antibiotici, o virus nell'acqua.

"Dopo l'irradiazione laser, il biossido di titanio inizialmente cristallino è diventato completamente amorfo acquisendo proprietà di assorbimento della luce forti ea banda larga. La decorazione e il drogaggio del materiale con nanocluster d'oro hanno inoltre facilitato l'assorbimento della luce visibile. Inizialmente, intendevamo utilizzare la funzione nel contesto dell'energia solare, ma ci siamo presto resi conto che, grazie alla nuova struttura amorfa, le nanoparticelle nello strato attivo delle celle solari convertiranno l'energia solare assorbita in calore anziché in elettricità. Ma è venuta l'idea di usarlo come una sorta di nano riscaldatore in un serbatoio di desalinizzazione, che è stato fatto con successo in condizioni di laboratorio, " dice uno degli autori dell'articolo Alexander Kuchmizhak, un ricercatore senior presso l'Istituto dei processi di automazione e controllo della FEB RAS.

Il materiale è stato ottenuto attraverso una tecnologia semplice ed ecologica di ablazione laser in un liquido.

"Abbiamo aggiunto nanopolveri di biossido di titanio a un liquido contenente ioni d'oro e irradiato la miscela con impulsi laser dello spettro visibile. Il metodo non richiede attrezzature costose, sostanze chimiche pericolose e può essere facilmente ottimizzato per sintetizzare nanomateriali unici alla velocità di un grammo all'ora, " ha detto il partecipante alla ricerca Stanislav Gurbatov, ricercatore junior presso FEFU Polytechnic Institute (Scuola).

Di nota, le nanoparticelle iniziali di biossido di titanio non assorbono la radiazione laser visibile. Però, catalizzano la formazione di cluster d'oro di dimensioni nanometriche sulla loro superficie stimolando un'ulteriore fusione del biossido di titanio. Diverse nanoparticelle ibride si fondono formando una nanomorfologia unica, in cui i nanocluster d'oro si trovano sia all'interno che sulla superficie del biossido di titanio.

La nanopolvere di biossido di titanio amorfo decorata con Au appare completamente nera all'occhio umano poiché assorbe efficacemente la luce all'interno dell'intero spettro di luce visibile come fa un buco nero nello spazio e la converte in calore. In netto contrasto, la polvere di biossido di titanio commerciale utilizzata come materiale di partenza, e bianco.

Lo sviluppo di nuovi materiali, compresi quelli che supportano nuovi principi fisici gestibili per un'ampia gamma di applicazioni, consiste in aree prioritarie della FEFU su cui gli scienziati stanno lavorando in stretta collaborazione con l'Accademia delle scienze russa, colleghi nazionali ed esteri.