Nel corso dell'ultimo mezzo secolo, Il BPA è passato dal miracolo alla minaccia. La sua popolarità è aumentata vertiginosamente dopo gli anni '50, quando gli scienziati hanno scoperto che poteva essere usato per produrre plastica in policarbonato, un materiale duro, durevole, e materiale trasparente perfetto per tutto, dalle borracce ai dispositivi medici.

Ma di recente, quel successo impennato si è inasprito:un numero crescente di prove suggerisce che anche basse dosi di BPA potrebbero essere dannose per la salute umana e ambientale. È classificato come un interferente endocrino, una sostanza che può far deragliare l'equilibrio ormonale del corpo e potenzialmente causare cancro o difetti alla nascita.

Molti produttori stanno eliminando gradualmente il BPA dai loro prodotti, in particolare contenitori di stoccaggio utilizzati per alimenti e bevande, ma è ancora un'industria enorme. Per di più, Il BPA non si rompe facilmente, rendendo difficile lo smaltimento sicuro del materiale. Se penetra nei corsi d'acqua, può persistere come una tossina ambientale.

Ora, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo fotocatalizzatore ibrido in grado di abbattere il BPA utilizzando la luce visibile. Le loro scoperte, pubblicato questa settimana sulla rivista Materiali APL , da AIP Publishing, potrebbe eventualmente essere utilizzato per trattare le riserve idriche e per smaltire in modo più sicuro BPA e materiali simili.

Come funziona il nuovo catalizzatore

Il loro nuovo materiale scompone il BPA attraverso l'ossidazione fotocatalitica, un processo in cui la luce attiva una reazione chimica ossidante. Quando la luce colpisce un fotocatalizzatore come le nanoparticelle di biossido di titanio (TiO2), la scossa di energia può portare uno dei suoi elettroni a uno stato eccitato e creare uno squilibrio nella distribuzione della carica. Nella banda degli elettroni ad alta energia, ora c'è un eccesso di carica negativa dovuto all'aggiunta di un elettrone. Nel frattempo, nella banda elettronica a bassa energia, c'è un eccesso di carica positiva (noto come "buco") perché un elettrone è partito. In questo eccitato, stato di squilibrio, TiO2 può catalizzare l'ossidazione e la riduzione dei materiali che lo circondano. L'elettrone eccitato tenderà a lasciare il TiO2 per ridurre qualcosa nelle vicinanze, mentre il buco aiuterà un'altra sostanza ad ossidarsi accettando uno dei suoi elettroni.

Però, TiO2 puro ha un ampio bandgap, cioè ci vuole una grande quantità di energia per eccitare gli elettroni da un livello all'altro e mostra proprietà fotocatalitiche solo sotto la luce ultravioletta. Più, l'elettrone eccitato tende a ricadere rapidamente e ricombinarsi con la lacuna, dando al catalizzatore poco tempo nel suo stato eccitato per indurre una reazione.

Per trasformare le nanoparticelle di TiO2 in un fotocatalizzatore migliore, i ricercatori hanno apportato diverse modifiche. Primo, hanno aggiunto argento alla superficie delle nanoparticelle, una tecnica comune per migliorare la separazione di carica. Quando la luce colpisce TiO2 ed eccita uno dei suoi elettroni, l'argento tirerà via quell'elettrone in modo che non possa ricadere nel buco. Il foro può quindi assistere più facilmente in una reazione di ossidazione.

L'aggiunta di argento ha anche spostato la lunghezza d'onda alla quale il fotocatalizzatore si è eccitato inducendo effetti di risonanza plasmonica superficiale localizzata, un fenomeno in cui gli elettroni energetici sulla superficie di un materiale vibrano a una frequenza specifica e migliorano l'assorbimento della luce su una gamma ristretta di lunghezze d'onda. In questo caso, l'argento spostava la lunghezza d'onda della luce necessaria per attivare il fotocatalizzatore verso lo spettro della luce visibile.

"L'inclusione di un metallo nobile [come l'argento] nel TiO2 sensibile all'ultravioletto ha esteso significativamente lo spettro verso la luce visibile attraverso effetti di risonanza plasmonica superficiale localizzata, " disse Pichiah Saravanan, un ricercatore dell'Università della Malesia che ha guidato il progetto.

Quindi, hanno avvolto le nanoparticelle Ag/TiO2 in fogli di ossido di grafene ridotto (RGO), un sottile strato di atomi di carbonio disposti a nido d'ape. Come l'argento, l'aggiunta di RGO ha aiutato il buco a persistere accettando elettroni eccitati da TiO2. Ha anche ridotto il bandgap delle nanoparticelle, diminuendo la quantità di energia necessaria per attivare il fotocatalizzatore.

Quando i ricercatori hanno mescolato le nanoparticelle ibride con una soluzione di BPA sotto una sorgente di luce visibile artificiale, hanno scoperto che il BPA si ossidava e si rompeva in modo molto più efficace di quanto non facesse senza il catalizzatore presente. Per di più, le nanoparticelle RGO-Ag-TiO2 hanno superato quelle in cui RGO o Ag da soli sono stati aggiunti al TiO2, suggerendo che entrambe le modifiche hanno avuto un ruolo nell'attività catalitica potenziata sotto la luce visibile.

Infine, il team spera di utilizzare le loro scoperte per aiutare ad abbattere il BPA e altri contaminanti nelle riserve idriche. "Riteniamo fortemente che il nano-fotocatalizzatore sviluppato potrebbe essere uno dei nanomateriali in grado di affrontare in modo sostenibile tale problema, " disse Saravana.