Золото может преобразовывать СО2 в топливный метан - только с помощью воды и солнечного света, как сейчас показал эксперимент. Это возможно благодаря тому, что наночастицы золота определенного размера поглощают все видимое и ближнее инфракрасное излучение солнца. Это, в свою очередь, создает локальные горячие зоны и электрические поля на поверхности золота, что делает материал эффективным катализатором и нагревательным элементом. Как сообщают исследователи, золото также можно использовать для опреснения морской воды путем ее испарения.
Золото - это не только желанный драгоценный металл, это еще и особый элемент с химической и физической точки зрения. Его атомные свойства придают ему блеск и долговечность, а также делают его ценным подспорьем в химии, медицине и физике.
Пористые сферы, покрытые нанозолотом
Это особенно верно для наночастиц золота: если раздробить золото на наноразмерные сферы и расположить их на определенном расстоянии, они становятся чрезвычайно эффективными поглотителями излучения: они поглощают как видимый солнечный свет, так и его ближняя инфракрасная часть. В результате блестящее золото внезапно становится угольно-черным.
Махак Дхиман из Института фундаментальных исследований Тата в Мумбаи и его команда продемонстрировали, что это нанозолото также подходит для производства экологически чистого топлива и других полезных химикатов. Они разработали метод прикрепления наночастиц золота к пористым микросферам, изготовленным из разветвленной силикатной подложки. Эти коллоидосомы могут быть изготовлены с различными расстояниями и размерами золотых наночастиц.
Огромный эффект нагрева
Изюминка: с помощью целенаправленного тестирования исследователи определили вариант этих нанозолотых коллоидосом, который оптимально поглощает солнечный свет. Когда эти угольно-черные микросферы растворялись в воде, они нагревали воду до 88 градусов всего за один час при воздействии солнечного света, как сообщают Дхиман и его команда. Для сравнения: раствор такого же размера и такого же количества силикатных шариков в воде нагрел воду только примерно до 38 градусов.
«Мы даже использовали этот материал в качестве нанонагревателя для преобразования морской воды в питьевую путем испарения - с превосходной эффективностью», - сообщают исследователи. «Коллоидосомы нанозолота генерировали водяной пар из воды с эффективностью 78 процентов».
Дальнейший анализ показал, что этот нагревательный эффект коллоидосом нанозолота обусловлен эффектом физического резонанса: на их поверхности образуются локальные зоны, в которых концентрируются как тепловые, так и электромагнитные поля. В случае золотых сфер этот так называемый плазмонный резонанс достаточно силен, чтобы значительно нагреть всю окружающую среду.
Метан из СО2 - только на свету
Еще одна способность коллоидосом нанозолота может быть еще более интересной: они действуют как эффективные фотокатализаторы в химических реакциях, как показали дальнейшие эксперименты Дхимана и его команды. Например, благодаря плазмонному резонансу золотые сферы обеспечивают энергию для окисления спиртов и запуска других реакций органических молекул с использованием только солнечного света.
Но самое интересное: с помощью золотых шариков углекислый газ также можно преобразовать в метан, богатый энергией. В ходе эксперимента исследователи растворили коллоидосомы нанозолота в воде с изопропанолом и пропустили через них CO2. Затем облучали все это солнечным светом. Результат: как сообщают Дхиман и его команда, на грамм гранул образуется от 1,5 до 2 микромолей газообразного метана.
Производство топлива будущего?
«На данном этапе скорость производства метана все еще низка», - признают исследователи. «Но в ближайшие годы мы могли бы оптимизировать метод, а затем преобразовать CO2 в топливо в промышленных масштабах - в атмосферных условиях и с помощью солнечного света». «Жидкая» технология для получения высокоэнергетического топлива из атмосферного CO2.
Однако еще неизвестно, сможет ли нанозолото когда-нибудь действительно помочь перерабатывать CO2 в больших масштабах и производить топливо более экологически безопасным способом.