Специалистам по оценке состоянии окружающей среды и экологам необходимы аналитические методы, позволяющие определять следовые количества ряда органических соединений, являющихся загрязнителями воздуха и питьевой воды.

Результаты исследования Прашата Камата (Prashant V. Kamat) из Университета Нотр Дам могут оказаться полезными для определения таких загрязнителей.

Для увеличения чувствительности в определении веществ-загрязнителей исследователи из группы Камата использовали увеличенно-поверхностную комбинационную спектроскопию (Surface-Enhanced Raman Spectroscopy) и наночастицы серебра. Для анализа была получена полупроводниковая графено-металлическая пленка, преимуществами которой по сравнению с другими системами для аналитического обнаружения органических веществ, загрязняющих воздух или воду, заключается в том, что абсорбция органических молекул на графеновой пленке способствует увеличению концентрации наночастиц серебра у места абсорбции.

Рисунок из Journal of Physical Chemistry Letters, 2012; : 1453 DOI: 10.1021/jz3004206

Исследователи изучали использование графеновых пленок, в которых на противоположные стороны листа графена (или оксида графена) были нанесены обладающий полупроводниковыми свойствами диоксид титана (TiO2) и наночастицы металла. Камат отмечает, что увеличение чувствительности метода определения и повышение эффективности анализа воды на содержание потенциально опасных органических соединений может быть достигнуто за счет точного контроля размеров наночастиц.

При облучении ультрафиолетом электроны из TiO2 захватываются пленкой из оксида графена, по которой передаются к инкорпорированным ионам металлов, восстановление которых приводит к увеличению размера имеющихся наночастиц или образованию новых. Такой механизм переноса электрона по системе сопряженных связей графена или оксида графена позволяет создать сенсоры такой архитектуры, в которой будут разделены наночастицы из металла и наночастицы полупроводника.

При этом следует отметить, что если особенности электропроводности отдельных листочков графена, нанесенных на твердые подложки известны хорошо и давно, исследователи из группы Камата продемонстрировали, что движение электронов не ограничивается двумя измерениями, а эффект «перепрыгивания» электронов с одной стороны графенового фрагмента на другую может приводить к селективному осаждению наночастиц серебра с одной из сторон нанокристалла, что, в свою очередь, позволит использовать композиты подобного рода для решения различных практических задач.

Помимо создания аналитических сенсоров, способных к обнаружению малых концентраций органических веществ, по словам Камата, обнаруженный им эффект может найти применение в фотогальванике – например, если расположить с одной стороны графенового листа наночастицы полупроводника, а с другой – металлический катализатор, становится возможным создание системы, способной к расщеплению воды на кислород и водород.