23 November 2022, 14:00

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.

News article publications

Read also

Создан новый композит из оксида индия, нанотрубок и меди для газовых сенсоров
Он оказался чувствителен к широкому классу летучих соединений и особенно к оксиду азота
Composites
Materials Science
Nanotechnology
Sensors
24 May 2023
«Растянутые гармошки» помогут увеличить емкость энергонакопителей
Внедрение в гармошкообразные наночастицы молекул растворителя обеспечило более равномерное распределение проводящего наполнителя в композите. В результате тот сможет не только накапливать больше энергии, но и станет чувствительнее к внешнему электрическому полю
Composites
Electronics
Materials Science
Nanotechnology
22 May 2023
Новый датчик защитит стеклопластики ото льда и проверит их целостность
Его можно внедрить в композитное крыло самолета, лопасть ветряка, пролет моста, кузов автомобиля, днище яхты или любую конструкцию из стекловолоконных полимерных композиционных материалов без запекания ее в автоклаве
Composites
Materials Science
Nanotechnology
22 December 2022
Тульские ученые создали глюкометр нового поколения на основе нанокомпозита из красителей
Получившийся датчик глюкозы чувствителен, селективен и недорог, а потому может стать достойной заменой импортных тест-полосок
Composites
Materials Science
Nanomedicine
Nanotechnology
Sensors
14 May 2022
Обнаружены новые особенности спирального антиферромагнетика GdRu2Si2
Международная команда физиков изучила энергетическую структуру спирального антиферромагнетика GdRu2Si2. Были обнаружены новые особенности, что позволит улучшить приборы, использующие магнитную память.
Materials Science
Nanotechnology
Spectroscopy
26 December 2023
Покрытие с наностолбиками защитит силиконовые импланты от бактерий
Ученые из МФТИ, Института биохимии и генетики УФИЦ РАН и Тамбовского государственного технического университета разработали покрытия, которые обезопасят от микробного загрязнения импланты, вживляемые в человеческий организм.
"Smart" materials
Materials Science
Nanotechnology
23 August 2023