Химики МГУ добились идеального контроля над параметрами наночастиц для солнечных батарей и косметики

Сотрудники химического факультета и факультета наук о материалах МГУ имени М.В. Ломоносова исследовали влияние неорганических компонентов на форму и размеры микрочастиц оксида титана и предложили методику, с помощью которой можно получать частицы с необходимыми параметрами.

Фундаментальная по своей сути работа имеет сразу несколько важных прикладных применений – от фотовольтаики до косметологии. Результаты работы опубликованы в журнале Materials.

Если говорить формально, то ученые разработали методику, которая позволяет контролируемо синтезировать микросферы оксида титана диаметром от 300 нм до 1,5 мкм путем гидролиза бутоксида титана в этаноле в присутствии гидроксида натрия. «Наше главное достижение – мы впервые систематически изучили влияние концентраций воды и гидроксида натрия на размер синтезируемых частиц оксида титана. Хотя есть и другие работы, никто ранее не изучал влияние гидроксида натрия в широком диапазоне концентраций»,– пояснила один из авторов исследования, младший научный сотрудник кафедры неорганической химии МГУ Ирина Колесник.

Каковы потенциальные области применения таких микросфер? Они могут использоваться в качестве наполнителей для хроматографических колонок, в солнечных батареях, а также в косметических солнцезащитных средствах. Во всех трех случаях сферическая форма частиц и их размеры - важные характеристики. Другие важные свойства - кристалличность, пористость и средний размер микросфер. Так, в косметических средствах лучше использовать аморфный оксид титана, поскольку, в отличии от анатаза и рутила – его кристаллических модификаций, аморфный оксид титана не проявляет фотокаталитической активности. Это значит, что он не может служить источником свободных радикалов, вызывающих окислительный стресс. А сферическая форма частиц позволяет добиться эффекта мягкого фокуса, благодаря которому можно скрыть морщинки и другие несовершенства кожи. Для применения в хроматографии наиболее важны размеры микросфер (более 1 мкм), их узкое распределение по размерам и высокая пористость. А для солнечных батарей критична высокая кристалличность.

Методика синтеза микросфер оксида титана, предложенная авторами статьи, оказалась исключительно гибкой. Она позволяет получать микросферы с заданными характеристиками: диаметром, кристалличностью и пористостью, задавая условия проведения синтеза и термической обработки микросфер. И теперь, если необходимо получить микросферы, к примеру, диаметром 500 нм, состоящие из кристаллического анатаза, можно просто провести гидролиз бутоксида титана в присутствии нужных концентраций воды и щелочи, подвергнуть их термической обработке и получить желаемое.

В заключительной части авторы статьи продемонстрировали, что микросферы, состоящие из аморфного оксида титана, действительно имеют низкую фотокаталитическую активность. При этом их солнцезащитные свойства ничуть не уступают свойствам коммерческого косметического пигмента. И, может быть, в скором времени частицы оксида титана правильной сферической формы станут одним из ключевых компонентов новых солнцезащитных средств.