Европейские учёные детально изучили процесс самоорганизации нанотрубок, что позволило разработать оригинальные композиции, прекрасно подходящие для конверсии солнечной энергии.

Самоорганизующиеся одноразмерные (1D) оксидные системы нанотрубок — популярный объект исследования благодаря экстремально высокому отношению их площади поверхности к объёму, что приводит к появлению очень интересных и полезных свойств. В частности, упорядоченные массивы пористого оксида титана (TiO2), или TiO2-нанотрубки, получаемые электрохимической анодизацией, интенсивно изучаются более двадцати лет. На сегодня TiO2 является единственным материалом, подходящим для использования в качестве фотокатализатора (то есть вещества, применяющего солнечную энергию для ускорения химических реакций), что обусловлено его высокой эффективностью и стабильностью, низкой ценой и безопасностью для людей и природы.

Упорядоченные массивы пористого оксида титана TiO2 (микрофотография Michael Schreuder).

Исследователи из Университета Фридриха — Александра в Эрлангене и Нюрнберге (Германия), работавшие по финансируемой Евросоюзом программе FP6-NMP, приготовили и систематически изучили самоорганизующиеся TiO2-нанотрубки с упорядоченной структурой, подобной структурам пористого оксида алюминия и кремниевых нанотрубок. Учёные старались выяснить, какие ключевые параметры отвечают за проявление феномена самоорганизации TiO2-нанотрубок, в частности за их размерность (толщину), пространственную ориентацию и морфологию. Конечной целью проекта было создание новейших функциональных и структурных материалов с выдающимися рабочими характеристиками для использования, к примеру, в цветосенсибилизированных солнечных батареях.

Механизм самоорганизации нанотрубок изучался с применением самых разнообразных методов исследования поверхности, включая спектрометрию обратного резерфордовского рассеяния и нейтронно-радиационный анализ, использующий эффект Мёссбауэра, для построения профиля поверхности.

В результате был сделан следующий вывод: наиболее перспективным методом практического усиления фотокаталитической активности TiO2-нанотрубок — важнейшего параметра для материала, конвертирующего солнечную энергию, — является допирование массива этих нанотрубок серебром или железом.

Эти рекомендации уже приняты к исполнению европейским консорциумом TI-Nanotubes, поэтому можно быть уверенным, что в скором времени новый материал появится в первых коммерческих образцах высокоэффективных солнечных батарей.

Видео даёт некоторое представление о работе TiO2-нанотрубок в реальной жизни: