Российские физики выяснили, как можно заставить частицы апатитов поглощать энергию солнечных лучей и использовать ее для очистки воздуха, почвы или воды от тяжелых металлов, говорится в статье, опубликованной в журнале Applied Catalysis B: Environmental.
В последние годы ученые активно работают над созданием так называемых фотокатализаторов – материалов, способных превращать одни типы молекул в другие, используя для этого энергию солнечного света. Фотокатализаторы могут стать ключом к очистке почвы, воды и воздуха от загрязнителей, так как для их работы не потребуется ничего, кроме лучей Солнца. Это заметно сократит расходы на ликвидацию разливов нефти, последствий аварий или очистку вод мирового океана от пластикового мусора, угрожающего сегодня жизни рыб и птиц.
Группа российских ученых под руководством Владимира Быстрова из Института математических проблем биологии РАН в Пущино предложила использовать для этих целей апатит – минерал, основу человеческих и животных костей.
За последние годы ученые создали несколько разновидностей синтетических апатитов, некоторые из которых, к примеру, гидорксиапатит, сегодня используются для заживления ран и покрытия различных протезов и медицинских конструкций, вживляемых в кости и тело пациентов.
Эти же минералы, как недавно выяснили физики, начинают реагировать на свет и поглощать его энергию, если их нагреть определенным способом. Почему это происходит, никто не знал, и российские физики попытались выяснить, из-за чего некоторые виды апатитов реагируют на свет, а другие этого не делают, создав компьютерный аналог кристалла этого биоминерала.
Как показали эти расчеты, кристаллы гидроксоапатитов начинают поглощать свет в тех случаях, когда апатиты теряют атомы кислорода в строго определенной части их молекулы – в «хвостах» ортофосфорной кислоты. Меняя положение этих «недостающих» атомов кислорода, можно заставить апатиты поглощать свет на разных длинах волн.
Сейчас апатиты взаимодействуют с ультрафиолетовой частью солнечного света, большая часть которой задерживается озоновым слоем в верхних слоях атмосферы. Как отмечают физики, их открытие позволяет заставить апатиты взаимодействовать с видимой частью солнечного спектра, что сделает их более активными фотокатализаторами.
Их можно будет использовать не только для борьбы с загрязнением природы, но и для других целей – к примеру, синтеза полезных молекул в химической промышленности.
