Des chimistes de l’Université de Saint-Pétersbourg ont utilisé des techniques d’analyse de mégadonnées pour prédire les propriétés photocatalytiques de nanofeuilles d’oxyde de zinc, c’est-à-dire un matériau nanostructuré constitué de particules sous forme de fines feuilles. L'étude visait à résoudre le problème de la dégradation sans déchets des colorants organiques, largement utilisés dans les industries de la peinture et du textile. Les résultats et résultats de la recherche peuvent également être appliqués à d’autres problèmes environnementaux similaires.

Le développement de nouveaux matériaux est une tâche essentielle de la science moderne. Ces matériaux peuvent réduire les émissions nocives dans la biosphère et réduire la pollution de l’environnement. Le développement de nouveaux matériaux est un processus complexe et exigeant en main-d'œuvre. Il comprend plusieurs étapes. Chaque étape prend énormément de temps et il est probable qu'elle ne fournisse pas le résultat souhaité.

Les chimistes doivent d’abord synthétiser un matériau; deuxièmement, étudiez ses propriétés; et enfin, testez-le pour voir si le nouveau matériau peut résoudre une tâche spécifique. Les scientifiques visent à simplifier et accélérer ce processus de développement. Pourtant, ils doivent d'abord comprendre, avant même de synthétiser une substance, quelles propriétés développer pour rendre la substance plus efficace pour résoudre un problème particulier.

Des scientifiques de l'Université de Saint-Pétersbourg ont développé une approche permettant de prédire les propriétés photocatalytiques des nanofeuilles d'oxyde de zinc. Cette approche ouvre de larges perspectives pour le développement de nanomatériaux aux propriétés intéressantes, utilisables par exemple pour traiter les eaux usées provenant des colorants. Les travaux sont publiés dans la revue Applied Surface Science. .

Les chercheurs ont utilisé des nanofeuilles d’oxyde de zinc comme photocatalyseur, c’est-à-dire un matériau capable de dégrader les colorants organiques sous la lumière visible. L'oxyde de zinc est non toxique et simple à produire. Les particules de taille nanométrique ont une plus grande surface par rapport à un matériau en vrac habituel. En conséquence, la dégradation des colorants est plus rapide et plus efficace. C'est la transition vers l'échelle nanométrique qui révèle les propriétés uniques de nombreuses substances, y compris les propriétés liées aux défauts.

"Imaginez, vous avez un Rubik's cube terminé avec toutes les couleurs correctement assorties. Imaginez maintenant que non seulement les couleurs sont mélangées, mais que certaines parties manquent également. Pourtant, aussi paradoxal que cela puisse paraître, ce sont ces défauts qui expliquent de nombreuses propriétés intéressantes des nanomatériaux semi-conducteurs, y compris celles qui nous permettent d'utiliser des nanofeuilles d'oxyde de zinc pour résoudre des problèmes environnementaux", a déclaré Dmitry Tkachenko, co-auteur de l'étude, assistant de laboratoire et chercheur au Département de chimie générale et inorganique de Saint-Pétersbourg. . Université de Saint-Pétersbourg.

L'étude comportait trois étapes. Premièrement, synthétiser des nanofeuilles d’oxyde de zinc et décrire leurs propriétés ; deuxièmement, en considérant le processus de dégradation des colorants au niveau moléculaire ; et, troisièmement, développer un modèle pour prédire l'efficacité du photocatalyseur.

"Pour l'instant, on ne sait pas encore comment réguler et déterminer le nombre de défauts (couleurs mélangées et manquantes dans le Rubik's cube) dans les nano-objets. Cependant, au cours des travaux, il a été possible non seulement de trouver un moyen de réguler le nombre de tels défauts dans les nanofeuilles, mais aussi d'appliquer une approche originale pour les prédire", a déclaré Olga Osmolovskaya, chef du groupe pour la synthèse et l'étude des nanoparticules et des matériaux nanostructurés, professeur agrégé au département de Chimie générale et inorganique à l'Université de Saint-Pétersbourg.

En conséquence, les chimistes de l'Université de Saint-Pétersbourg ont obtenu un ensemble de paramètres décrivant la structure et les propriétés des nanofeuilles d'oxyde de zinc.

« La prise en compte des phénomènes et des processus en chimie est souvent associée à une expérimentation en laboratoire, qui nécessite un certain niveau d'équipement et de compétences. Nous proposons d'utiliser la simulation informatique, qui ne nécessite pas d'équipement particulier et coûteux et a des capacités et des capacités bien supérieures. flexibilité", a expliqué Mikhaïl Voznesenskiy, auteur de la partie informatique de l'étude, professeur agrégé au Département de chimie physique de l'Université de Saint-Pétersbourg.

En conséquence, parmi l'ensemble des paramètres, les scientifiques ont sélectionné ceux qui avaient le plus grand impact sur l'activité du photocatalyseur.

"Ainsi, nous avons développé un modèle unique pour prédire l'efficacité de la dégradation des colorants en présence de nanofeuilles d'oxyde de zinc. Désormais, tout scientifique, sans mener d'expérience, peut découvrir l'efficacité d'un photocatalyseur avec certains paramètres. Ceci, en à son tour, cela ouvre de toutes nouvelles opportunités dans le développement de nanomatériaux ayant les propriétés intéressantes", a expliqué Dmitry Kirsanov, auteur de la partie chimiométrique de l'étude, professeur au Département de chimie analytique de l'Université de Saint-Pétersbourg.

Plus d'informations : N.D. Kochnev et al, Régulation et prédiction des propriétés liées aux défauts dans les nanofeuilles de ZnO :synthèse, paramètres morphologiques et structurels, étude DFT et modélisation QSPR, Science appliquée des surfaces (2023). DOI :10.1016/j.apsusc.2023.156828

Fourni par l'Université d'État de Saint-Pétersbourg