Mokslininkų proveržis: naujas efektyvus būdas saulės šviesą paversti kuru

Tarp medžiagų, sulaukiančių vis daugiau dėmesio, išsiskiria poligeptazino imidai. Jų struktūrinės ir funkcinės savybės daro juos itin efektyvius fotokatalizinėms reakcijoms. Iki šiol mokslininkai turėjo tik ribotą supratimą apie tai, kaip šios šeimos medžiagų struktūros pokyčiai veikia jų elektronines ir optines savybes.

Naujame tyrime mokslininkai pasiūlė patikimą ir atkuriamą teorinį požiūrį šiai problemai spręsti. Jie atliko bandymus su realiais medžiagų pavyzdžiais. Pažymima, kad poligeptazino imidai priklauso platesnei anglies nitridų klasei. Šios medžiagos susideda iš sluoksniuotų struktūrų, panašių į grafeną, tačiau yra sudarytos iš žiedinių molekulinių vienetų, kuriuose yra didelis azoto kiekis.

Poligeptazino imidai pasižymi viena svarbia savybe – jų elektroninės draudžiamosios zonos leidžia sugerti matomą šviesą. Tai daro juos tinkamus cheminėms reakcijoms, kurias sukelia saulės šviesa. Be to, anglies nitrido pagrindu sukurtos medžiagos turi nemažai praktinių privalumų: jų gamyba santykinai pigi, jos netoksiškos ir termiškai stabilios. Visgi ankstyvosios ši medžiagų versijos nebuvo efektyvūs fotokatalizatoriai.

Naudodami skaičiavimo metodą, tyrėjai išnagrinėjo, kaip įvairūs metalų jonai keičia poligeptazino imido gardelės struktūrą. Analizė parodė, kad jonų įterpimas sukelia išmatuojamus struktūrinius pokyčius, įskaitant atstumų tarp sluoksnių ir vietinės jungčių aplinkos pakitimus.

Šie struktūriniai variantai tiesiogiai veikia elektroninę zonų struktūrą bei medžiagų optines savybes, o kartu ir šviesos absorbcijos efektyvumą. Norėdami patikrinti savo teoriją, mokslininkai susintetino 8 poligeptazino imido medžiagas, kurių kiekviena turėjo skirtingą metalo joną. Vėliau buvo vertinamas šių medžiagų gebėjimas katalizuoti vandenilio peroksido gamybą.