Ученые Физико-математического института Коми научного центра разработали новый катализатор для промышленности на основе морских губок. Исследования начались еще в 2017 году в составе международной исследовательской группы, занимавшейся изучением структуры морских губок для создания биомиметических моделей, альтернативных углеродным и керамическим каркасам.
Группа исследователей из разных стран, состоящая из физиков, химиков и биологов, работала в направлении “экстремальной биомиметики”, изучая и используя возобновляемые, нетоксичные органические структуры, встречающиеся в природе.
В результате карбонизации морских губок в инертной среде азота и аргона был получен трехмерный композитный материал с уникальными свойствами. Этот материал может служить основой для приготовления катализаторов, составив конкуренцию углеродным нанотрубкам. В процессе нагрева в инертной атмосфере губка теряет до 70% объема и массы, но сохраняет свою 3D-структуру и становится твердой благодаря графитизации и формированию турбостатного графита.
Уникальность материала заключается в наличии специфического белка спонгина, который образует жгуты-фибриллы, содержащие значительное количество ароматических соединений и формирующие 3D структуру морской губки. Спонгин разрушается при температурах 400-500 градусов Цельсия, но успевает начаться процесс графитизации ароматических веществ. С ростом температуры структура преобразуется в термостойкий, химически инертный и твердый турбостатный графит, используемый для композитных материалов.
После покрытия наноразмерным слоем меди, материал становится гибридным и приобретает превосходные каталитические характеристики. Он может ускорять химические реакции, что важно для развития современных технологий и индустрии материалов. Например, такой катализатор может очищать морскую воду от токсичных соединений нитрофенолов, преобразуя их в нетоксичные соединения, используемые в фармацевтической промышленности.
