Золото може перетворити СО2 на газ метан – лише з допомогою води та сонячного світла, доводить нещодавній експеримент. Це стає можливим, бо наночастинки золота здатні абсорбувати сонячне світло – видиме та ближнє інфрачервоне випромінювання. Це, зі свого боку, творить на поверхні золота локальні теплові зони та електричні поля, через що матеріал стає ефективним каталізатором й нагрівальним елементом. Також завдяки золоту можна опріснювати морську воду, повідомили вчені.
Заповнені нанозолотом кульки не тільки ефективно поглинають сонячне світло, а й можуть каталізувати перетворення CO₂ в метан. Зображення: Royal Society of Chemistry/ Chemical Science.
Золото – не лише облюбований благородний метал, він – особливий елемент і з хімічного, і з фізичного погляду. Його атомні властивості надають металові блиску і міці, а також роблять його незамінним помічником у фізиці, хімії та медицині. Це стосується передусім золотих частинок у наномасштабі: коли зменшити золото до кульок такого розміру, розставити їх на певній відстані одне щодо одного, вони починають дуже ефективно абсорбувати сонячне світло. При цьому вони поглинають як видиме світло, так і частинки ближнього інфрачервоного спектра. В результаті зазвичай блискуче золото стає чорного кольору.
Нещодавно Магак Діман (Mahak Dhiman) та його команда з Інституту фундаментальних досліджень Тата (Мумбаї, Індія) з’ясували, що це нанозолото також годиться і для продукування екологічного палива та інших корисних хімікатів. Вони розробили метод нанесення золотих наночастинок на пористі мікрокульки розгалуженого силікатного субстрату. Ці колоїдосоми виникають, коли золоті наночастинки різних величин розміщувати на різних відстанях.
В результаті цілеспрямованого випробовування науковці ідентифікували такий варіант нанозолотих колоїдосом, що оптимально поглинають сонячне світло. Якщо ці чорні мікрокульки розчинити у воді, то під дією сонячного опромінення вони нагрівали воду до 88 градусів впродовж години, повідомили Діман і його команда. Для порівняння: розчинення в воді силікатних кульок – такого ж розміру і в такій же кількості – нагріває її приблизно на 38 градусів.
«Ми вже випробували матеріал як нанонагрівач, що в результаті випаровування перетворює морську воду на прісну – і з неймовірною ефективністю, – повідомили вчені. – Нанозолоті колоїдосоми виробляли водяну пару з ефективністю 78 %».
Детальніші аналізи виявили, що така нагрівальна дія нанозолотих колоїдосом має в основі фізичний ефект резонансу: на їхній поверхні утворюються локальні зони, в яких концентруються тепло та електромагнітні поля. У випадку з золотими кульками цей поверхневий плазмонний резонанс достатньо сильний, щоб суттєво нагрівати все середовище.
Ще цікавішою може виявитися інша здатність нанозолотих колоїдосом: в хімічній реакції вони проявляються як ефективні фотокаталізатори, засвідчив експеримент Дімана та його команди. Завдяки плазмонному резонансу золоті кульки надають, наприкад, достатньо енергії, щоб лише з допомогою сонячного світла окисляти алкоголь та викликати інші реакції органічних молекул.
Захоплює те, що з допомогою золотих кульок можна перетворити й діоксид вуглецю на високоенергетичне паливо метан. В експериментах науковці розчиняли нанозолоті колоїдосоми в воді з ізопропілом, а потім пропускали через це СО2. Після цього вони опромінювали все сонячним світлом. Результат: на грам кульки утворювалося 1,5–2 мікромолі метанового газу, розповіли Діман та його команда.
«Поки що рівень утворення метану – все ще мізерний, – визнають науковці. – Але в наступні роки ми можемо оптимізувати метод і потім перетворювати CO₂ на паливо в комерційних масштабах – за атмосферних умов та з допомогою сонячного світла». Тож нанозолоті колоїдосоми можуть стати основою для одного з методів, яким творитимуть високоенергетичне паливо з атмосферного CO₂ – завдяки технологіям «Sun-to-Liquid». Чи можливо, що одного дня нанозолото взагалі допоможе переробляти CO₂ в великих масштабах та виробляти паливо, не завдаючи шкоди довкіллю, дасться чути.
Коли нанозолоті колоїдосоми опромінюють світлом, вони утворюють плазмонні гарячі точки і високоенергетичні електрони. Зображення: Royal Society of Chemistry/ Chemical Science.
Nadja Podbregar
Schwarzes Gold schluckt CO₂
Tata Institute of Fundamental Research, 4.06.2019
Зреферувала С. К.