Hóa học quanh ta
Kết nối để chia sẻ video clip, hình ảnh hóa học
Khám phá thế giới tri thức
Chemistry for our life, our future
Videoclip Hóa học
Tra cứu Hóa học

xuc-tac-nanoTrong nửa thế kỷ qua, từ một hóa chất diệu kỳ bisphenol A (BPA) đã trở thành mối nguy hiểm đối với con người. Sự ưa chuộng đối với BPA đã tăng mạnh vào thập niên 1950, khi các nhà khoa học phát hiện nó có thể được sử dụng để sản xuất chất dẻo polycacbonat - một loại vật liệu cứng, bền, trong suốt, rất thích hợp cho nhiều đồ dùng bằng nhựa khác nhau, từ chai nước đến các dụng cụ y tế.

Nhưng về sau có những bằng chứng khoa học cho thấy, ngay cả ở liều lượng thấp BPA cũng có thể gây hại cho sức khỏe con người và môi trường. Hóa chất này được xếp loại là có khả năng gây rối loạn nội tiết, làm mất cân bằng hoocmôn trong cơ thể, có thể gây ung thư hoặc dị tật thai nhi. Vì vậy, nhiều nhà sản xuất đang loại bỏ dần BPA ra khỏi các sản phẩm của mình, đặc biệt là trong các bình chứa dùng cho thực phẩm và đồ uống. Tuy nhiên, ở nhiều quốc gia vấn đề này vẫn chưa được quan tâm đúng mức và sản lượng các sản phẩm có chứa BPA vẫn còn rất lớn.

Hơn nữa, BPA không dễ phân hủy nên khó tiêu hủy một cách an toàn, nó có thể bị ngấm vào các nguồn nước và là chất độc tồn tại dai dẳng trong môi trường.
Mới đây, các nhà khoa học tại Đại học Malaya, Kuala Lumpur (Malaysia) đã phát triển chất quang xúc tác lai loại mới, có thể phân hủy BPA dưới tác động của ánh sáng Mặt Trời. Phát hiện này có thể được áp dụng để xử lý các nguồn nước, loại bỏ BPA và các hóa chất tương tự một cách an toàn hơn.

Cơ chế hoạt động của xúc tác mới

Chất xúc tác mới phân hủy BPA thông qua quá trình oxy hóa dưới tác động của ánh sáng, trong đó ánh sáng kích hoạt phản ứng oxy hóa. Khi ánh sáng chiếu vào chất quang xúc tác, ví dụ các hạt nano TiO2, tác động của năng lượng có thể đẩy một vài điện tử trong phân tử TiO2 lên trạng thái năng lượng kích hoạt, tạo ra sự mất cân bằng trong phân bố điện tích. Lúc này, ở khe dải điện tử năng lượng cao hơn sẽ có dư điện tích âm do sự bổ sung điện tử. Trong khi đó, ở khe dải điện tử năng lượng thấp sẽ có dư điện tích dương (lỗ trống). ở trạng thái kích hoạt này, TiO2 có thể xúc tác phản ứng oxy hóa và khử đối với những chất xung quanh nó.

Tuy nhiên, TiO2 tinh khiết có khe dải năng lượng lớn (tức là cần phải có năng lượng lớn thì mới kích hoạt được các điện tử của nó sang mức năng lượng cao hơn) và chỉ thể hiện các tính chất quang xúc tác dưới tác động của ánh sáng cực tím.

Để chuyển hóa các hạt nano TiO2 thành chất quang xúc tác tốt hơn, các nhà nghiên cứu Malaysia đã thực hiện một số thay đổi. Trước tiên, họ bổ sung bạc lên bề mặt của các hạt nano này. Khi ánh sáng chiếu lên TiO2 và kích hoạt điện tử, bạc sẽ hút điện tử đó, khiến cho nó không thể rơi trở về trạng thái năng lượng cũ. Khi đó, lỗ trống do điện tử tạo ra sẽ dễ dàng hỗ trợ phản ứng oxy hóa.

Việc bổ sung bạc cũng tạo ra hiệu ứng cộng hưởng, làm dịch chuyển chiều dài bước sóng kích hoạt điện tử. Trong trường hợp này, bạc làm dịch chuyển chiều dài bước sóng của ánh sáng cần thiết cho quá trình oxy hóa từ vùng quang phổ cực tím về vùng quang phổ của ánh sáng nhìn thấy.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu bọc các hạt nano Ag/TiO2 trong các tấm graphen oxit đã khử, đây là một lớp mỏng các nguyên tử cacbon được sắp xếp ở dạng tổ ong. Tương tự như bạc, việc bổ sung các hạt nano Ag/TiO2 giúp thu hút điện tử từ TiO2 và giảm khe dải năng lượng của hạt nano TiO2, qua đó giảm năng lượng cần thiết để kích hoạt chất quang xúc tác.

Khi các nhà nghiên cứu phối trộn các hạt nano lai như trên với dung dịch BPA dưới tác động của nguồn ánh sáng có thể nhìn thấy, họ phát hiện thấy BPA bị oxy hóa và phân hủy với hiệu quả cao hơn nhiều so với khi không có chất xúc tác. Hơn nữa, các hạt nano kết hợp giữa Ag/TiO2 bọc graphen với Ag và TiO2 còn có hiệu quả cao hơn bản thân các hạt nano Ag/TiO2 hoặc TiO2 riêng rẽ. Điều đó cho thấy, cả hai dạng biến thể này của chất xúc tác đều đóng vai trò nâng cao hoạt tính xúc tác dưới tác động của ánh sáng có thể nhìn thấy.

Hoahocngaynay.com

Nguồn ScienceDaily/Vinachem

Hits smaller text tool iconmedium text tool iconlarger text tool icon

Comments powered by H2N2

Tin liên quan:
Tin cũ hơn:

DANH MỤC TÀI LIỆU

Phân hủy Bisphenol A bằng quang xúc tác