Forradalmian új nanoanyagot fejlesztettek ki?
Szingapúri kutatók olyan újfajta nanoszálas anyagot fejlesztettek ki a Nanyang Műszaki Egyetemen, ami igencsak sokrétű felhasználhatóságra ad lehetőséget.
Az öt év alatt kifejlesztett anyag képes energiatermelésre, hidrogénatomot tud generálni és tiszta vizet előállítani szennyezettből, ergo remek víztisztító. Víz sótalanítására is használható. Továbbá alkalmazásával a lítium-ion akkumlátorokénál kétszer hosszabb élettartam jövője is hamarosan eljöhet – legalábbis ezen dolgozik jelenleg is a kutatásvezető egyik csoportja; ezzel kapcsolatban a Journal of Materials Chemistry lapjain jelent meg még tavaly az első híradás. Az előzetes eredmények szerint mindenesetre amennyiben a negatív póluson alkalmazták a titán-dioxid nanorészecskéket, akkor megnövekedett az akku kapacitása. Ha mindez nem lenne elég, egészségügyben is hasznát láthatják, módfelett kiváló alapja lehet ugyanis egy új típusú, alacsony költségű, légáteresztő, antibakteriális sebkötözőknek.
A titok nyitja a félvezető tulajdonságokkal bíró titán-dioxidban rejlik. Abban a savakkal és lúgokkal szemben ellenálló, fehér színű, vízben oldhatatlan, atomrácsos jellegű szilárd vegyületben, amiről már korábban bizonyítást nyert tudományos szinten is, hogy úgymond könnyen lép kapcsolatba a vízzel, szakszóval hidrofil. Továbbá fotokatalitikus – tehát képes meggyorsítani valamely kémiai reakciót.
Az új üzemanyag?
Utóbbiból kifolyólag lehetséges az, hogy a napsugárzásnak kitett új anyag egyidejűleg képes hidrogént (egyfelől gépjárművek üzemanyagcelláiba alkalmas tiszta üzemanyag, másrészt villamosenergia-termeléshez is kiváló) s tiszta vizet termelni az ún. vízhasítás következtében. Globális méretekben nézve külön öröm, hogy az eddigi módszereknél olcsóbb hidrogénnyerés mellett illetve közben a tisztavíz-előállítás energiaráfordítása szinte a nullával egyenlő.
Elsőként a Water Research folyóiratban adtak hírt arról, hogy a réz-oxiddal kezelt 0,5g titán-dioxidos nanoszál 1,53ml hidrogént képes generálni, ami háromszor jobb eredmény, mint ha a korábban ismert mód szerint platinát használnak ilyetén célra. A szennyvíz milyenségétől függően az egy óra alatt nyerhető hidrogénmennyiség akár 200ml is lehet. Itt megjegyzendő, arról hogy TiO2 nanoszálak és részecskék alkalmazásával és a fordított ozmózis membrán segítségével tisztavíz és energia is nyerhető, először adtak közre tudományos jelentést (Energy and Environmental Science folyóirat).
Az új nanoanyagban a már említetteken túl is van még potenciál. E ponton végre nevesíteni kell a kutatómunka vezetőjét, aki a Nanyang Egyetem Vízgazdálkodási Tanszékén dolgozik. Darren Sun professzor a nanoanyagok és az intelligens kvantum membránok kutatójaként ismert, eleddig bő 70 tudományos publikációt adott a világnak a titán-dioxid kapcsán. Megkeresésemre Darren Sun így nyilatkozott a Paraméternek: „A kristályos TiO2 p-n átmenetes cellák felhasználásával napelemek is készíthetők.” Közbevetőleg röpke mondatban a szilárdtestfizikában ismert p-n átmenetes tartományról: ez olyan tartomány, amelyikben érintkezik egymással egy p és egy n típusú övezet (a két betű lényegében a pozitív és a negatív töltésre utal), és az adott helyen egy átmeneti határréteg alakul ki.
A flexibilis napelemek remélhető jövőjét tekintve – melyeknek az alapját a szabadalmaztatott fekete titán-dioxidos polikristályos szerkezetű lemezkék képezik –, mint azt a professzor úrtól megtudtam, pozitívum a viszonylagos olcsón való előállíthatóságuk.
Az új eredményeket megelőzően a professzor titán-oxidot és vas-oxidot használt megoldandó a vízszűrő membránokban a baktériummegtelepedés problematikáját, ami miatt a szűrők eltömődnek. Eme munka közben vette észre, hogy egyéb lehetőségeket is rejt a titán-oxid. Hamarost belefogtak a titán-oxid nanoanyaggá formálásába. Megszületett a rugalmas szűrőmembrán, amelybe a felhasználástól függően, illetőleg a kívánt végcélt szem előtt tartva cink, réz, szén és ón helyezhető.
Érdeklődésemre Darren professzor részletesebben is vázolta, hogy végül is mitől működik az általuk kifejlesztett titán-oxid nanoanyag úgy ahogy: „A félvezető oxidok fotokatalizátorként működnek, amelyek elektronokat és lyukakat hoznak létre.” Mindez, mint elárulta, nanoméretben (<10 nm) történik UV vagy látható fény hatására. Az olyan kiváló tulajdonságai miatt, mint a kémiai stabilitás, az olcsóság és hogy környezetbarát, a TiO2-n alapuló anyagokat már sok mindenre vizsgálták, úgymint vízhasítás, a fotokatalitikus oxidáció révén megvalósuló víztisztító-képesség, szuper hidrofil tulajdonság, stb. „Ezek az egyedi tulajdonságok különféle alkalmazásokat tesznek lehetővé, különösen költség-hatékony membránszűrők gyártását teszi lehetővé, ami pedig drámaian csökkenti a tiszta ivóvíz előállítás költségeit, valamint új hidrogénforrást is megnyit.”
Már keresik az olyan partnereket, akik kivennék részüket abban, hogy az efféle anyagok mielőbb bevezetést nyerjenek a kereskedelembe.
Csibrányi Zoltán
