Химики улучшили графен птичьим пометом
Ученые решили доказать абсурдность непрекращающихся попыток улучшить электрохимические свойства графена путем добавления к нему новых элементов. Для этого они решили создать допированный куриным пометом графен, который действительно оказался лучше чистого вещества по электрокаталитическим свойствам, говорится в статье в журнале ACS Nano.
Графен — это одна из аллотропных модификаций углерода, которая представляет собой плоские листы толщиной в один атом, состоящие из шестиугольных ячеек. Графен обладает рядом уникальных механических, химических и электронных свойств, что делает его интересным материалом для многих применений как в науке, так и в технологиях.
В контексте электрохимии, то есть раздела науки, занимающегося изучением связанных с протеканием электрического тока химических реакций, графен быстро стал считаться интересным катализатором. Однако в последние годы появилась масса работ, в которых его свойства удается улучшить благодаря добавлению новых элементов. Более того, тип привносимого элемента, кажется, не имеет никакого значения — лишь в отдельных немногочисленных работах о боре и сере каталитические свойства были подавлены.
Химики из Чехии и Канады под руководством Мартина Пумеры (Martin Pumera) из Брненского технического университета решили доказать бессмысленность и абсурдность этого направления, добавив к графену куриное гуано — частично разложившийся естественным образом помет. Оказалось, что такая модификация также улучшает свойства вещества.
Гуано известно благодаря высокому содержанию ряда элементов (азот, фосфор, сера, хлор и другие), которые ранее химики уже пробовали присоединять к графену в попытках улучшить его свойства. Также гуано представляет собой экологически чистый и дешевый материал, из-за чего используется в качестве удобрения.
Авторы создавали оксид графита двумя способами (методами Хаммерса и Хоффмана), после чего смешивали их с сухим гуано, а затем подвергали процессу теплового отслаивания для получения нужного композита. Детальное исследование образцов показало, что в результате получился графен с добавлением множества других элементов, в первую очередь азота, серы и фосфора.
Электрокаталитическая активность полученного вещества оценивалась в реакциях с получением водорода и восстановления кислорода. Оказалось, что использование в качестве электрода улучшенного гуано графена более эффективно, чем применение чистого углерода или полученного аналогичным методом графена, но не обработанного гуано.
Ранее химики научились получать оксид графена без вреда для окружающей среды, упростили изготовление графеновых квантовых точек и продемонстрировали хорошие качества многослойного графена в плане защиты от комаров.
Тимур Кешелава
Концентрация некоторых из них превышает максимальную для жилых помещений
Концентрация аценафтена, фенантрена, пирена и перфтороктановой кислоты в пыли, собранной внутри МКС, в разы превосходит максимальные значения этих веществ, установленные для жилых помещений в США. В то же время концентрация многих стойких органических загрязнителей укладывалась в безопасный диапазон, но многократно превосходит медианные значения. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Environmental Science & Technology Letters. Космонавты на МКС находятся в замкнутом пространстве, и для обеспечения безопасных условий работы воздух внутри станции должен быть чистым. Но даже при дыхании люди выделяют углекислый газ, аммиак, ацетон, уксусную кислоту и некоторые другие метаболиты. Из-за воздействия на организм ионизирующего излучения, невесомости, шума, вибрации, пониженного и повышенного содержания кислорода в воздухе состав и концентрации таких метаболитов не равноценны тем, что присутствуют в воздухе земных помещений. Кроме того, различные газы в воздушную среду МКС может выделять доставляемое туда оборудование, а также системы корабля, если случается их разгерметизация. Ученые под руководством Стюарта Харрада (Stuart Harrad) из Бирмингемского университета исследовали пыль, собранную из воздушной среды МКС, на присутствие в ней стойких органических загрязнителей — полибромдифениловых эфиров, новых бромсодержащих антипиренов, гексабромциклододеканов, фосфатных эфиров, полихлорированных бифенилов, полифторалкильных соединений и полиароматических углеводородов. Концентрации почти всех стойких органических загрязнителей на МКС укладывались в диапазоны, известные для жилых помещений США. При этом у многих веществ, особенно из групп полибромдифениловых эфиров и полиароматических углеводородов, они превосходили медианные значения для таких помещений на порядки. Например, концентрация полибромдифенилового эфира BDE-99 в пыли на МКС составила 27000 нанограмм на грамм, а ее медианное значение для домашней пыли США — 580 нанограмм на грамм. Концентрации таких полиароматических углеводородов как аценафтен, фенантрен и пирен в разы превосходили не только медианные, но и максимальные значения, установленные для американских домов (930 против 25, 830 против 390 и 1600 против 300 нанограмм на грамм соответственно). Аналогичная ситуация наблюдалась и для перфтороктановой кислоты, концентрация которой в пыли на МКС составила 2600 нанограмм на грамм. Медианное значение концентрации этого вещества в домах США — 140 нанограмм на грамм, максимально известное — 1960 нанограмм на грамм. Авторы отметили, что впервые обнаружили стойкие органические загрязнители во внеземной среде. Их источники невозможно установить доподлинно, но предположительно их высокое содержание может быть связано с огнезащитной обработкой поверхностей, защитой хрупких грузов с помощью пенополиуретановой пены и гидроизоляционной обработкой против грибка. С учетом того, что используемые материалы оказались не слишком устойчивыми во внеземных условиях и в больших количествах попали в воздух обитаемых помещений, исследователи предлагают выбирать другие материалы для упаковки и защитной обработки оборудования. Для токсикологического контроля МКС важно исследовать не только ее внутреннюю воздушную среду, но и состояние внешней обшивки. Ученые выяснили, что космическая пыль, прилипающая к ней, является биохимически активной средой, и обнаружили в ней жизнеспособные микроорганизмы.