Проблемы экологии сегодня как никогда актуальны. Учёные ищут способы, чтобы уменьшить вредное влияние промышленности на природу. Одним из способов защиты окружающей среды, несомненно, можно признать использование фильтров для очистки воды и воздуха от вредных веществ. Довольно распространенным способом разложения отфильтрованных вредных химикатов является фотокатализ. Одним из наиболее исследуемых фотокатализаторов является диоксид титана. Кроме того, оксид титана широко используется в качестве кислотного катализатора, материала для мембран, для сорбентов.
Аспирант кафедры экологии и химической технологии Института естественных и точных наук ЮУрГУ Роман Морозов проводит исследование по теме «Биоминерализация оксида титана на пептидных темплатах» под руководством Олега Большакова, научного сотрудника Управления научной и инновационной деятельности ЮУрГУ.
Катализаторы – вещества, предназначенные для ускорения химических реакций и способные почти полностью восстановиться после завершения реакции. Ускорение химической реакции, обусловленное совместным действием катализатора и облучения светом, называется фотокатализом. Фотокатализ с использованием оксида титана является одним из важнейших и развиваемых направлений в практическом приложении современной технологии. Для применения в качестве фотокатализатора оксид титана должен обладать кристаллической структурой. Существует множество способов получения кристаллического оксида титана, но многие из них отличаются существенными недостатками, такими как использование алкоксидов титана, которые не удобны в работе, использование темплатов. Для получения кристаллической структуры необходимо прокаливание при высокой температуре или гидротермальная обработка, которые требуют большого количества энергии.
«Альтернатива этим способам придумана самой природой. Многие микроорганизмы и организмы строят свои экзоскелеты из различных нерастворимых солей. Например, большинство кораллов построены из карбоната кальция. Оксид титана также может быть подвержен такому процессу, сущность которого заключается в том, что организм строит на своем теле твердую структуру при этом используя вещества, которые содержатся в растворе», – поясняет Роман Морозов.
Учёные Южно-Уральского государственного университета исследуют этот процесс следующим способом: сначала они изучают насколько адсорбируются аминокислоты на оксиде титана. Это делается для того, чтобы определить какая из них адсорбируется в большей степени. Цель – найти аминокислоту, которая обладает большей аффинностью к оксиду титана, так как она его будет лучше биоминерализовывать, то есть на ней лучше будут строиться кристаллы из этого материала.
«В дальнейшем мы планируем расширить этот ряд аминокислот до пептидов, то есть веществ, состоящих из нескольких аминокислот. И далее на основе этого методами квантово-химического моделирования будет предложен самый лучший пептид, на котором активнее всего будут проходить процессы биоминерализации оксида титана», – рассказывает молодой аспирант.
Предложенный южноуральскими учёными способ отличается от уже используемых тем, что не требует использования высоких температур, не требует каких-либо сложностей, потому что в природе все эти процессы происходят при комнатной температуре, при нормальном давлении и при ph близком к нейтральному.
«На сегодняшний день самым распространённым является золь-гель метод – это метод получения материалов, в том числе наноматериалов, включающий получение золя с последующим переводом его в гель. Но он требует дополнительных растворителей. Потом для того чтобы кристаллизовать оксид титана требуется нагревание до высоких температур или гидротермальная обработка (тоже нагревание до высоких температур), а это очень энергозатратно. Наш способ выгодно отличается и с практической, и с экономической стороны», – говорит Роман Сергеевич.
Работая над этим проектом, Роман Морозов стал одним из победителей конкурса «Научная перспектива», проводимого в ЮУрГУ в рамках Проекта 5-100. Разработки южноуральских ученных уже были представлены в мае этого года на третьей всероссийской молодежной конференции «Достижения молодых ученых: химические науки» в Уфе. Также по результатам исследований опубликованы две статьи в журнале «Non-Crystalline Solids», который входит в Топ 25% по версии Scopus.