Графеновые квантовые точки и золото оказались эффективны в очистке воды
Многие тяжелые металлы, например железо и цинк, играют важную роль в клеточных процессах, однако другие представители этой группы опасны для организма. Они накапливаются в тканях и органах, вызывая различные заболевания. Один из наиболее известных случаев произошел после запуска в начале прошлого века химического завода в заливе Минамата. Промышленные отходы сбрасывались в канал, откуда попадали в море. Это вызвало отравление водных обитателей, местных жителей и домашних животных. Болезнь поражала центральную нервную систему, вызывая онемение, ухудшение зрения, речи и слуха, а в тяжелых случаях — летальный исход.
Очень важно иметь эффективные способы очистки воды от разнообразных загрязнителей, особенно токсичных ионов тяжелых металлов. Также необходимо уметь отслеживать поллютанты, а лучше сочетать эти две задачи в одном решении. Ученые МФТИ, ИОФ РАН и Тайваньского национального университета науки и технологий предложили пористый материал, который мог бы служить мембранным фильтром и использоваться в мониторинге состояния окружающей среды.
В основе композита лежат сферические графеновые квантовые точки, размером всего порядка 5 нанометров. Ученые из Тайваньского национального университета науки и технологий развили плазменную технологию и научились получать графеновые квантовые точки без использования токсичных химикатов и высоких температур. Однако графен не может люминесцировать, то есть светиться в ответ на облучение, поскольку у него нет запрещенной зоны, через которую возбужденные электроны возвращаются в свое исходное состояние, выделяя энергию в виде свечения. Эту проблему авторы решили, добавив в систему наночастицы золота.
«Знание точных характеристик материала позволило нам создать композит из квантовых точек и наночастиц золота и применить его в различных фильтрах, используемых как для очистки воды от примесей, так и для определения белков в крови. Белок связывается с наночастицами золота, и при возбуждении энергия передается на графеновые квантовые точки, которые эффективно люминесцируют, позволяя четко отслеживать их число и взаимодействие. Таким образом, квантовые точки работают как сенсоры, просто и эффективно», — рассказала о проекте Елена Образцова, руководитель лаборатории наноуглеродных материалов МФТИ.
Получившиеся в результате пористые композиты смогли очистить воду от токсичного 4-нитрофенола, а также ионов ртути и модельного красителя. Вместе со способностью к свечению, это делает их перспективными для оптоэлектроники, доставки лекарств, терапии рака, экологически чистой энергетики и защиты окружающей среды.
