化学导航：圣大科学家发明一种借助纳米粒子净化水的方法

水污染——是当下尖锐的环境问题之一。由于工业的高速发展和废水量的增加，水体生态不断恶化，因此科学家们正在积极研究开发净化工业排放物的新方法，使其不但能够快速净水，而且不会因有机染色剂等复杂污染物而产生多余废物。

研究成果由俄罗斯联邦财产基金会资助，发表在科学期刊Journal Of Alloys and Compounds上。

光催化是水净化最具前景的方法之一，这是一种利用光能引发有机化合物分解成二氧化碳和水的化学反应过程，其中借助了催化剂——纳米颗粒形态的特殊材料。此前，人们并不了解究竟是什么决定了这种净水的效率和速度——是颗粒尺寸，还是其结构和成分特征。圣彼得堡国立大学的科学家们已经找出这个问题的答案。

圣彼得堡国立大学的化学家提出了一种系统方法，可以为光催化净水装置中的特定污染物选择纳米颗粒。开发出的材料在常规二极管灯泡的可见光的影响下表现出光催化活性，其在所有参数上都比以前使用的紫外线更低廉且更便捷。

“我们提出一种全新的方法，可以比作道路导航系统。比方说，在选择前往目的地的路线时，可以使用常规纸质地图，自己实时绘制路线，重点关注路标和情况。我们还提供类似于现代导航系统的算法，可以为任意目的地算出多种路线选项，分析当前交通状况并选择最短路线。如果说早期的光催化剂材料几乎靠瞎碰，那么如今这个过程正变得周密与合理，”项目负责人，圣大普通无机化学教研室的青年科学家阿纳斯塔西娅·波杜列茨（Анастасия Подурец）说道。

这项研究是在俄罗斯基础研究基金会资助的项目“溶液中纳米颗粒生长过程的计算机建模方法开发：理论与实验研究——以具有光催化活性的二氧化锡材料为例”框架内进行的。 研究成果也将作为博士论文《在掺杂3d元素离子的二氧化锡纳米颗粒中“合成条件——形态结构参数——光催化性能”的相互关系》答辩的一部分。

在工作中，科学家们使用了圣大科技园区的复合材料创新技术资源中心、微生物培养资源中心、成分和物质分析方法资源中心、纳米技术资源中心、计算资源中心、光学和激光研究方法资源中心、X射线衍射研究资源中心、表面研究的物理方法资源中心的设备。

在工作中运用了含有3D元素（钴、镍、铜）的二氧化锡纳米颗粒。纳米颗粒和纳米结构材料合成与研究科学团队对纳米颗粒的形成过程以及污染物在各类条件下光催化分解的产物进行了大量研究。科学家们发现，为了创造高效的催化剂，必须以这样的方式进行合成，即形成具有最大氧空位（晶格中的氧原子脱离导致氧缺失形成的空位）数量的固体。正是氧空位使出现的电子和空穴对转移到纳米颗粒表面，它们在纳米颗粒表面破坏污染物分子时起主要作用。与此同时，重要的是没有太多的其他空位，否则将适得其反。新研发的方法以广泛使用的有机染料亚甲基蓝和抗生素土霉素为例，证明了其有效性。

使用纳米颗粒净水方法的研究成果还发表在科学杂志Materials Chemistry and Physics 和Journal of Hazardous Materials上。