Учёные создали усовершенствованный материал на базе феррита висмута, в котором часть атомов заменили на гадолиний. Эта модификация позволила увеличить способность материала разрушать органический краситель метиленовый синий с 73% до рекордных 99%, а также заметно улучшила его магнитные свойства. Разработка имеет потенциал для использования в системах очистки воды и устройствах магнитной памяти. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе Российского научного фонда.
Феррит висмута — это сложное соединение висмута, железа и кислорода, сочетающее две важные функции: разложение органических загрязнителей под действием света и способность к намагничиванию. Благодаря этим свойствам подобные материалы рассматривают для очистки воды и в качестве основы для энергоэффективных систем хранения данных.
Но в чистом виде феррит висмута демонстрирует ограниченные магнитные и фотокаталитические характеристики, поэтому исследователи ищут способы их усиления, добавляя в материал редкоземельные металлы.
Работа проведена учёными из Дагестанского государственного университета совместно с коллегами. Они синтезировали материал, где висмут частично заменён гадолинием, с его содержанием от 5% до 20%. В ходе синтеза использовался метод горения с нитратами металлов и глицином. Полученный нанопорошок после обработки показал изменения в кристаллической структуре, что отражается на функциональных возможностях — магнитных, электрических и каталитических.
Анализы показали, что именно 20% замещение висмута на гадолиний дало максимальную эффективность: при обработке ультрафиолетом и видимым светом новый материал удаляет из воды 99% метиленового синего всего за 45 минут, в то время как чистый феррит справляется только с 73% такого загрязнения за час. При более низком содержании гадолиния эффективность тоже значительно возрастала.
Для каждого свойства определена своя оптимальная концентрация гадолиния: пиковая намагниченность наблюдалась при 10%, максимальная электрическая проницаемость — при 15%, а высшая фотокаталитическая активность — при 20%.
По словам руководителя проекта Наримана Алиханова, полученные результаты показывают, что точная подборка состава может существенно изменять свойства подобных материалов.
В дальнейших планах исследование других редкоземельных добавок, а также создание композитов на основе этих материалов для совершенствования систем очистки воды и разработки энергоэффективных электронных устройств.
Учёные из Иваново создали дешёвый сверхпрочный материал для очистки воды. Разработка дешёвых технологий поможет отказаться от дорогостоящих и токсичных катализаторов, снизив стоимость производства и способствуя устойчивому развитию химической промышленности.