Λίγες ατομικές στοιβάδες στην επιφάνεια ενός υλικού μπορούν να καθορίσουν το πόσο αποτελεσματικά προσροφά ρύπους από το νερό ή πόσο αποδοτικά λειτουργεί ως φωτοκαταλύτης.
Ερευνητές από το Ινστιτούτο Fraunhofer IAP και το Πανεπιστήμιο του Πότσνταμ χρησιμοποίησαν τη φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS) για να αναλύσουν τη χημεία επιφάνειας και τις αλληλεπιδράσεις σε βιολογικής προέλευσης υλικά άνθρακα και οργανικά-ανόργανα υβριδικά συστήματα. Η σχετική μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό New Journal of Chemistry.
Ανάλυση υπολειμμάτων καφέ και φλουδών πορτοκαλιού
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε κατακάθια καφέ και φλούδες πορτοκαλιού ως ανανεώσιμες πρώτες ύλες για την παραγωγή βιοάνθρακα (biochar), τον οποίο στη συνέχεια συνδύασε με ορυκτά αργίλου και οξείδια μετάλλων. Η τεχνική XPS λειτούργησε ως λεπτομερής επιφανειακός σαρωτής, επιτρέποντας την ανάλυση των πρώτων 1-10 νανομέτρων του υλικού χωρίς να απαιτείται η χημική διασπορά ή η διάλυσή του.
Στον βιοάνθρακα από κατακάθια καφέ, η ανάλυση έδειξε ότι η θερμική επεξεργασία αναδιάταξε τον άνθρακα στην επιφάνεια δημιουργώντας μια πιο γραφιτική δομή, πλούσια σε σημειακά ελαττώματα. Αυτά τα επιφανειακά χαρακτηριστικά ευνοούν την αλληλεπίδραση με φαρμακευτικές ενώσεις, χρωστικές και άλλους οργανικούς ρύπους, καθιστώντας το υλικό κατάλληλο για καθαρισμό νερού.
Οργανικές και ανόργανες αλληλεπιδράσεις
Στα υβριδικά συστήματα από βιοάνθρακα φλούδας πορτοκαλιού, άργιλο και διοξείδιο του τιτανίου, η XPS αποκάλυψε τον σχηματισμό χημικών δεσμών μεταξύ των οργανικών και ανόργανων συστατικών κατά τη θερμική επεξεργασία, εμπλέκοντας άτομα τιτανίου, οξυγόνου, άνθρακα και αλουμινίου.
Επιπλέον, σε τροποποιημένους φωτοκαταλύτες αζώτου, η μέθοδος επέτρεψε τον διαχωρισμό του αζώτου που είχε ενσωματωθεί στις ανόργανες δομές τιτανίου από τα εναπομείναντα οργανικά μόρια. Τα υλικά αυτά παρουσιάζουν διπλή λειτουργία, καθώς μπορούν τόσο να δεσμεύουν ρύπους όσο και να τους διασπούν με τη βοηθεία του φωτός.