Наночастицы внутри нанотрубок – подарок химикам

Наночастицы оксида титана – наномыло и ловушка для ультрафиолета

Нанотрубки делают полимерные материалы более прочными

 

Плотность нанотрубок в пять раз меньше, чем у стали, а прочность в десятки раз больше. Поэтому, чтобы сделать полимерные материалы более прочными, не увеличивая их веса, химики решили включать в их состав углеродные нанотрубки. Если между соседними волокнами полимерного материала поместить нанотрубку, связав её с ними углеводородными цепочками, то прочность данного участка материала приблизиться к прочности нанотрубки (см. рис. 28). Таким образом, добавка нанотрубок в 0,6% даёт 4-х кратное увеличение прочности полимера. Учёные считают, что, если нанотрубки будут занимать 10% объёма полимера, то смогут увеличить его прочность в 20 раз!

 

Оксид титана TiO₂ обладает очень сильной каталитической активностью, т.е. на его поверхности любые органические соединения разлагаются на углекислый газ и воду. Оксид титана разлагает органические соединения только при солнечном свете, используя для этого его ультрафиолетовую составляющую. Поэтому на основе оксида титана изготовляют фотокатализаторы, очищающие воду и воздух от токсичных органических веществ.

Нанесённая на стекло плёнка из наночастиц оксида титана прозрачна и незаметна для глаза. Однако такое стекло под действием солнечного света способно самоочищаться от органических загрязнений, превращая любую органическую грязь в углекислый газ и воду. Стекло, обработанное наночастицами оксида титана, лишено жирных пятен и поэтому хорошо смачивается водой. В результате, такое стекло меньше запотевает, так как капельки воды сразу распластываются вдоль поверхности стекла, образую тонкую прозрачную плёнку.

К сожалению, оксид титана перестаёт работать в закрытых помещениях, т.к. в искусственном свете практически нет ультрафиолета. Однако учёные считают, что, слегка изменив структуру оксида титана, можно будет сделать его чувствительным и к видимой части солнечного спектра. На основе таких наночастиц оксида титана можно будет изготовить покрытие, например, для туалетных комнат, в результате чего содержание бактерий и другой органики на поверхностях туалетов может снизиться в несколько раз.

Наночастицы оксидов титана и церия могут разлагать не только сложные органические соединения, но и опасные для человека моноокиси азота и углерода, содержащиеся в автомобильных выхлопах. Поэтому пудру из этих наночастиц стали добавлять в топливо, чтобы снизить содержание этих вредных примесей в выхлопных газах.

Из-за своей способности поглощать ультрафиолетовое излучение частицы оксида титана уже сейчас применяются при изготовлении солнцезащитных средств. Производители кремов стали использовать оксид титана в виде наночастиц, которые настолько малы, что обеспечивают практически абсолютную прозрачность солнцезащитного крема.

 

Чтобы одно вещество вступило в химическую реакцию с другим, необходимы определённые условия, и очень часто создать такие условия не представляется возможным. Поэтому огромное число химических реакций существует только на бумаге. Для их проведения необходимы катализаторы – вещества, которые способствуют протеканию реакции, но не участвуют в них. Примерами таких катализаторов служат переходные металлы, например, титан, железо, родий и др.

Учёные установили, что внутренняя поверхность углеродных нанотрубок обладает большой каталитической активностью. Они считают, что при сворачивании «графитового» листа из атомов углерода в трубочку концентрация электронов на её внутренней поверхности становится меньше. Это и объясняет, способность внутренней поверхности нанотрубок ослаблять, например, связь между атомами кислорода и углерода в молекуле СО.

Чтобы объединить каталитическую способность углеродных нанотрубок и переходных металлов, наночастицы из них ввели внутрь нанотрубок (см. рис. 30, слева). Оказалось, что этот нанокомплекс катализаторов способен запустить реакцию, о которой только мечтали – прямой синтез этилового спирта из синтез-газа (смеси окиси углерода и водорода), получаемого из натурального газа, угля и даже биомассы .