Les nanoparticules de dioxyde de titane avec de l'or absorbent environ 96% du spectre solaire et le transforment en chaleur. Le matériau peut accélérer l'évaporation dans les usines de dessalement jusqu'à 2,5 fois et peut suivre les molécules et les composés dangereux. Une équipe de recherche internationale avec des représentants de l'Université fédérale d'Extrême-Orient (FEFU), Université ITMO, et la branche extrême-orientale de l'Académie des sciences de Russie, a publié un article connexe dans Matériaux et interfaces appliqués ACS.

L'accès à l'eau potable est inclus dans les 17 objectifs de développement durable des Nations Unies. Pendant ce temps, l'Organisation mondiale de la santé (OMS), et le Fonds pour l'enfance (UNICEF) ont abordé le problème dans un rapport de 2019, notant que 2,2 milliards de personnes n'ont pas accès à l'eau potable.

L'un des moyens de fournir de l'eau potable est de dessaler l'eau de mer par évaporation et concentration subséquente de vapeur. Pour obtenir une plus grande production, de nouveaux matériaux pour accélérer l'évaporation sont souhaités. Au cours des cinq dernières années, c'est devenu un domaine de recherche en croissance rapide à l'échelle mondiale.

Ces matériaux innovants ont été conçus par FEFU, FÉV RAS, et les scientifiques de l'Université ITMO se sont associés à des collègues espagnols, Japon, Bulgarie, et la Biélorussie. Les chercheurs affirment qu'il peut être utilisé comme nano-réchauffeur pour l'évaporation de l'eau et comme détecteur optique dans les systèmes de capteurs retraçant les plus petites traces de diverses substances dans un liquide. Les propriétés ultérieures peuvent être pertinentes pour les systèmes biomédicaux micro-fluides, laboratoire sur puces, et la surveillance environnementale des polluants, antibiotiques, ou des virus dans l'eau.

" Lors d'une irradiation laser, le dioxyde de titane initialement cristallin est devenu complètement amorphe, acquérant des propriétés d'absorption de lumière fortes et à large bande. La décoration et le dopage du matériau par des nanoclusters d'or ont en outre facilité l'absorption de la lumière visible. Initialement, nous avions l'intention d'utiliser la fonctionnalité dans le contexte de l'énergie solaire, mais nous avons rapidement réalisé qu'en raison de la nouvelle structure amorphe, les nanoparticules dans la couche active des cellules solaires convertiraient l'énergie solaire absorbée en chaleur plutôt qu'en électricité. Mais l'idée est venue de l'utiliser comme une sorte de nano réchauffeur dans un réservoir de dessalement, ce qui a été fait avec succès dans des conditions de laboratoire, " dit l'un des auteurs de l'article Alexander Kuchmizhak, chercheur principal à l'Institut des processus d'automatisation et de contrôle de la FEB RAS.

Le matériau a été obtenu grâce à une technologie simple et écologique d'ablation laser dans un liquide.

"Nous avons ajouté des nanopoudres de dioxyde de titane à un liquide contenant des ions d'or et irradié le mélange avec des impulsions laser du spectre visible. La méthode ne nécessite pas d'équipement coûteux, produits chimiques dangereux et peuvent être facilement optimisés pour synthétiser un nanomatériau unique à un taux de gramme par heure, " a déclaré le participant à la recherche Stanislav Gurbatov, chercheur junior à l'Institut Polytechnique FEFU (Ecole).

A noter, les nanoparticules initiales de dioxyde de titane n'absorbent pas le rayonnement laser visible. Cependant, ils catalysent la formation d'amas d'or de taille nanométrique à leur surface, stimulant ainsi la fusion du dioxyde de titane. Plusieurs nanoparticules hybrides fusionnent pour former une nanomorphologie unique, dans lequel des nanoclusters d'or sont situés à la fois à l'intérieur et à la surface du dioxyde de titane.

La nanopoudre de dioxyde de titane amorphe décorée d'Au apparaît complètement noire à l'œil humain car elle absorbe efficacement la lumière dans tout le spectre de la lumière visible comme le fait un trou noir dans l'espace et la convertit en chaleur. En contraste frappant, la poudre commerciale de dioxyde de titane utilisée comme matière première, est blanc.

Le développement de nouveaux matériaux, y compris ceux soutenant de nouveaux principes physiques gérables pour un large éventail d'applications, se compose des domaines prioritaires de la FEFU sur lesquels les scientifiques travaillent en partenariat étroit avec l'Académie des sciences de Russie, collègues nationaux et étrangers.