Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показало, что вместо того, чтобы выбрасывать, пластик можно превратить в ценные углеродные наноматериалы, которые помогают решить проблемы в области энергетики и экологии.
Пластик — одна из самых стойких проблем в области отходов
Пластик — это одна из самых серьёзных проблем в мире, связанных с отходами. Он долговечен, его сложно переработать, и он всё больше загрязняет окружающую среду.
Команда исследователей из Университета Аделаиды продемонстрировала универсальный и масштабируемый метод для переработки распространённых видов пластика
Команда исследователей, работающая в Университете Аделаиды, продемонстрировала универсальный и масштабируемый метод для переработки распространённых видов пластика, включая ПЭТ, ПВХ, полиэтилен и полипропилен, а также их смеси, в одноатомные катализаторы (SAC).
Эти передовые материалы содержат атомы металлов, закреплённые и изолированные в подложке из графена, что делает их высокоэффективными в химических реакциях. Одноатомные катализаторы, полученные из пластиковых отходов, показали отличные результаты в разложении различных микрозагрязнителей в воде и в повышении эффективности экологически чистых энергетических технологий, таких как аккумуляторы и топливные элементы.
Использование синхротрона для изучения атомной структуры катализаторов
В Австралийском синхротроне в Мельбурне исследователи использовали рентгеновскую абсорбционную спектроскопию (XAS) для изучения атомной структуры катализаторов. Эти измерения подтвердили, что металлы не образуют наночастицы, а распределены в виде отдельных атомов, химически связанных в углеродном каркасе в благоприятной координационной среде — это и есть секрет их исключительной эффективности.
Доктор Бернт Йоханнесен, старший научный сотрудник Австралийского синхротрона и соавтор исследования, сказал: «Этот проект подчёркивает, как передовые исследования в синхротроне способствуют прорывам в области устойчивого развития».
«Выявив атомную структуру этих новых катализаторов, мы помогли команде понять, почему они так хорошо работают и как масштабировать метод. Техника XAS — это уникальный мощный инструмент в подобных исследованиях, поскольку она может чётко различать наночастицы и действительно одноатомные участки, и мы наблюдаем рост спроса со стороны исследователей по всему миру, работающих в этой области», — добавил он.
Первый автор доктор Шийинг Рен из Университета Аделаиды добавил: «Наша работа показывает, что пластик, который обычно считается отходами и экологической нагрузкой, на самом деле может быть ценным ресурсом для производства передовых катализаторов. Этот подход открывает устойчивый путь для решения проблемы загрязнения пластиком и удовлетворения спроса на новые материалы».
Профессор Шаобинь Ван и доктор Сяогуан Дуань, ведущие авторы статьи, отметили универсальность метода: «Он работает с различными видами пластика и смесями, и производит передовые, но недорогие катализаторы, которые могут быть применены в очистке воды, аккумуляторах и других областях. Данные, полученные с помощью синхротронного рентгеновского излучения, были необходимы для доказательства структуры катализаторов и объяснения их высокой эффективности».
Открытие предлагает мощный способ дать отходам из пластика вторую жизнь в виде высокоэффективных материалов
Открытие предлагает мощный способ дать отходам из пластика вторую жизнь в виде высокоэффективных материалов, способствуя развитию экономики замкнутого цикла и экологически чистых технологий нового поколения.
В отличие от многих подходов к переработке, этот метод работает с различными видами пластика и даже смесями, производя граммовые выходы, что указывает на его реальную применимость в мире.
Атомные знания, полученные с помощью рентгеновской абсорбционной спектроскопии на установке ANSTO, сыграли важную роль в разработке этого устойчивого решения. Подтвердив, что металлы действительно присутствуют в виде отдельных изолированных атомов, XAS предоставила доказательства, необходимые для понимания, почему эти катализаторы так эффективны.
«Это отличный пример того, как наши возможности напрямую поддерживают важные исследования в области устойчивого развития», — добавил доктор Йоханнесен.
«Группа из Аделаиды, возглавляемая профессором Шаобинь Ваном и доктором Сяогуан Дуанем, является одной из самых продуктивных в этой области, и наше сотрудничество показывает, как синхротронная наука может ускорить инновации в экологических и энергетических технологиях», — заключил он.
Этот прорыв является частью растущего числа работ, проводимых командой из Аделаиды и их коллегами. В соответствующей статье, опубликованной в Nature Communications, исследователи описали дополнительную стратегию создания широкой библиотеки одноатомных и многоатомных катализаторов с индивидуальными атомными средами.
Вместе эти исследования подчёркивают, как новые материалы могут быть рационально разработаны для применения в области окружающей среды и энергетики, и как синхротронная характеристика помогает сделать это возможным.
Предоставлено Австралийской организацией по атомной науке и технологиям (ANSTO)