Диоксид титана TiO2, тоннами использующийся в титановых белилах, - на самом деле более "умный", полезный, просто уникальный материал, обладающий удивительными физическими и химическими характеристиками, которые до конца не исследованы до сих пор. Наиболее интересными с точки зрения практического применения диоксида титана являются его сенсорные и каталитические свойства. Так, на поверхности TiO2 могут быть окислены до CO2 и H2O практически любые органические соединения, поэтому создание на основе диоксида титана фотокатализаторов для очистки воды и воздуха от токсичных органических веществ - важнейшая и весьма реальная прикладная задача.
Исследования по данной теме активно проводятся в течение последних 10-15 лет. В период с 1993 по 2001 г. было проведено шесть международных конференций, посвященных методу фотокаталитической очистки, на которых приводились примеры его опытно-промышленного применения для очистки воздуха на заводе по производству взрывчатых веществ, в цехах предприятий микроэлектроники, в салонах самолетов фирмы «Боинг», в жилых городских помещениях и тоннелях, в больницах для подавления патогенной микрофлоры в воздухе, при лечении аллергических заболеваний и астмы, в фармацевтических производствах, а также при уничтожении боевых отравляющих веществ. Фотокатализаторы на диоснове оксида титана также могут применяться для создания самоочищающихся покрытий.
Диоксид титана прозрачен для видимого света, поэтому тонкие пленки из TiO2, нанесенные на стекло, будут незаметны для глаза. А само стекло, покрытое пленкой TiO2, под действием солнечного света способно очищаться от органических загрязнений. Кроме того, стекло, покрытое пленкой TiO2, не будет запотевать. Запотевание обычно связано с плохой смачиваемостью поверхности стекла, на которой образуются мелкие капли воды, рассевающие свет. Если же покрыть поверхность стекла тонкой пленкой оксида титана, то органические загрязнения, адсорбированные на поверхности стекла, будут окисляться под действием света, и поэтому роса, осевшая на такое стекло, не собирается в капли, а будет растекаться по поверхности, а затем просто испаряться. Кроме того, оксид титана с нанесенными на него наночастицами золота можно использовать в качестве катализатора, окисляющего угарный газ из выхлопов автомобилей, в шахтах, в противогазах - и все это происходит уже при комнатной температуре!
Сейчас одним из наиболее популярных объектов исследований являются нанотрубки на основе диоксида титана и титановых бронз. Оказывается, однако, что не менее, а даже более интересным объектом являются пленки мезопористого диоксида титана, которые формируются в результате процессов самоорганизации при анодном окислении поверхности титана в средах различных жидких электролитов. Их преимущество заключается в том, что они "иммобилизировны" (закреплены) на поверхности (хотя могут быть отделены от нее химическими способами и тем самым превращены в тонкую пористую мембрану). Кроме того, такие пленки обладают высокой площадью поверхности, так как состоят их цилиндрических пор. Такая ажурная архитектура приводит к тому, что пленки выполняют все те функции, которые были известны до сих пор для других форм диоксида титана, но делают это часто гораздо эффективнее и не загрязняют своим материалом реакционную зону. Дополнительным преимуществом пленок является также то, что путем варьирования условий получения можно добиться не только желаемого диаметра пор, но и однородного распределения пор по размерам, а также и их локального упорядочения. В идеале получается квазиупорядоченная структура из пор одинакового диаметра, которая может выступать в роли "фотонных кристаллов", массива "одномерных нанореакторов", "сит" наночастиц и пр.
Эти работы в настоящий момент успешно проводятся на Факультете Наук о Материалах МГУ им. М.В. Ломоносова.
