Группа исследователей из Томского политехнического университета в кооперации с коллегами из Университета Леобена (Австрия) и Университета электронных наук и технологий Китая совершила прорыв в области применения популярного полупроводникового материала — селенида галлия. Оказалось, что при особой обработке лазерным светом, а также при добавлении серебряных наночастиц, селенид галлия приобретает необычные каталитические возможности. Теперь этот широко используемый в оптотехнологиях материал способен стать мощным катализатором для ускорения и управления различными химическими реакциями.
Селенид галлия: от оптики к химии
На протяжении десятилетий селенид галлия ценился как отличный полупроводник для фотодиодов, фоторезисторов и сенсоров поляризованного света. Структура этого соединения напоминает графит: материал состоит из множества сверхтонких слоёв, которые можно отделять, формируя наноплёнки. Такие двумерные структуры проявляют свойства, заметно отличающиеся от более массивных аналогов. Исследовательские группы по всему миру уделяют этим материалам возрастающее внимание, поскольку их потенциал для создания новых устройств и технологий постоянно растёт.
Новый композит: когда свет и серебро творят чудеса
Ключ к открытию — в способе обработки селенида галлия. Учёные облучили материал фиолетовым лазером, что привело к формированию на его поверхности уникальной стехиометрии Ga2Se3. Затем исследователи добавили к полученным структурам нитрат серебра, в результате чего на границе раздела веществ развилась активная химическая реакция. Это взаимодействие способствовало образованию композитного материала, способного выступать инновационным катализатором.
Фотокатализ, на основе которого работает новый композит, позволяет ускорять химические реакции с помощью света. Для активации катализатора достаточно просто осветить его, после чего запускается процесс изменения хода реакции. Такие фотокатализаторы находят применение в системах очистки и обеззараживания воздуха, самоочищающихся покрытиях и даже технологиях разделения воды на кислород и водород для получения экологически чистого водородного топлива.
Рауль Родригес: наука на стыке дисциплин
Профессор Рауль Родригес, возглавляющий научную группу, отмечает, что двумерные материалы семейства селенида галлия показывают высокий уровень эффективности в катализе. Полученный композит учёные испытали на модельной реакции, проведя ряд успешных экспериментов, которые открывают простор для практического применения таких систем в будущем. Уникальность подхода заключается в синергии лазерной обработки, нанотехнологий и фундаментальной химии.
Международное сотрудничество: синергия идей и технологий
Особое значение в этом проекте имеет объединение усилий молодых исследователей и признанных учёных сразу нескольких стран. Дмитрий Чешев, студент Томского политехнического университета, принимал важное участие в реализации экспериментов, подчёркивая, что именно взаимодействие материала и света позволяет катализатору работать максимально эффективно. Благодаря поддержке международных научных программ стало возможным не только углублённо изучить процессы получения нового композита, но и поставить на поток обмен опытом и научными знаниями между вузами России, Австрии и Китая.
Перспективы развития технологии
Раскрытый потенциал селенида галлия в области фотокатализа открывает новые горизонты для развития «зелёных» технологий: чистое производство водорода, современные очистные системы окружающей среды, антимикробные поверхности и многое другое. Команда учёных из Томского политехнического университета, Университета Леобена и Университета электронных наук и технологий Китая уверена, что их работа вдохновит ученых во всем мире на создание инновационных решений и повысит интерес к изучению современных двумерных материалов и их композитов. Ожидается, что будущие исследования помогут глубже понять механизмы взаимодействия света, наночастиц и функциональных слоёв, открывая путь к ещё более эффективным и безопасным технологиям для индустрии и экологии.
