Новый материал использует свет для уничтожения «вечных химикатов» в воде

Учёные из Университета Райса разработали инновационный материал, который под действием света способен разлагать широкий спектр загрязнителей в воде, включая пер- и полифторалкильные вещества (ПФАВ), известные как «вечные химикаты».

В основе технологии лежит класс материалов — ковалентные органические каркасы (COF). Их пористая структура с высокой площадью поверхности делает их эффективными фотокатализаторами. При взаимодействии со светом в молекулах COF происходит разделение зарядов, что и запускает процесс разрушения загрязнений.

Как сообщается в исследовании, опубликованном в журнале Materials Today, команда вырастила материал COF непосредственно на двумерной плёнке из гексагонального нитрида бора (hBN). Получившаяся гибридная поверхность способна под действием света разлагать не только ПФАВ, но и фармацевтические отходы, красители и другие стойкие загрязнители.

«Комбинируя два безопасных, лёгких материала новым способом, мы создали мощную очищающую поверхность, которая работает быстро, воздействует на множество различных загрязнителей и не использует металлы, способные навредить окружающей среде», — пояснил Ифань Чжу, постдокторант и первый автор исследования.

Ключевой инновацией стала методика соединения материалов, которые обычно трудно совместить. Учёные применили метод дефектной инженерии, создав микроскопические «царапины» на поверхности hBN. Эти дефекты стали реакционными центрами, на которых закрепился и вырос материал COF. Полученная структура эффективно направляет заряды, генерируемые светом, создавая очищающий эффект.

Испытания в проточных реакторах, имитирующих условия водоочистных сооружений, показали, что материал сохраняет стабильность и эффективность в течение множества циклов очистки.

«Эти результаты показывают, что один материал, не содержащий металлов, может справляться с несколькими трудноудаляемыми загрязнителями. Это приближает нас к практичным, недорогим решениям для получения чистой воды», — отметил профессор Джун Лоу, соавтор исследования.

Дополнительная информация: Yifan Zhu et al, Covalent organic framework/hexagonal boron nitride heterostructure photocatalysts for efficient degradation of emerging contaminants, Materials Today (2025). DOI: 10.1016/j.mattod.2025.11.004

Интересный факт: Проблема «вечных химикатов» (ПФАВ) стоит особенно остро, так как эти вещества, используемые в производстве антипригарных покрытий, упаковки и огнестойкой пены, практически не разлагаются в природе и накапливаются в организме человека, связываясь с развитием ряда заболеваний. Новые методы их деструкции, подобные разработанному в Университете Райса, являются критически важным направлением экологических исследований.