Hemičari na Univerzitetu u Sankt Peterburgu su koristili tehnike analize velikih podataka da predvide fotokatalitička svojstva nanolistova cink oksida, odnosno nanostrukturiranog materijala koji se sastoji od čestica u obliku tankih ploča. Studija je imala za cilj da reši pitanje bezotpadne degradacije organskih boja, koje se široko koriste u industriji boja i tekstila. Rezultati istraživanja mogu se primeniti i na druge slične ekološke probleme.
Razvoj novih materijala je suštinski zadatak moderne nauke. Ovi materijali mogu smanjiti štetne emisije u biosferu i smanjiti zagađenje životne sredine. Razvoj novih materijala je složen i radno intenzivan proces. Uključuje nekoliko faza. Svaka faza oduzima mnogo vremena i velike su šanse da možda neće dati željeni rezultat.
Hemičari moraju, prvo, da sintetišu materijal; drugo, proučite njegove osobine; i, na kraju, testirajte ga da vidite da li novi materijal može da reši određeni zadatak. Naučnici imaju za cilj da pojednostave i ubrzaju ovaj razvojni proces. Ipak, oni prvo moraju da shvate, čak i pre nego što sintetišu supstancu, koja svojstva treba da razviju da bi supstanca bila efikasnija za rešavanje određenog problema.
Naučnici sa Univerziteta u Sankt Peterburgu razvili su pristup za predviđanje fotokatalitičkih svojstava nanolistova cink oksida. Pristup otvara široke perspektive za razvoj nanomaterijala sa svojstvima od interesa koji se mogu koristiti, na primer, za prečišćavanje otpadnih voda od boja. Rad je objavljen u časopisu Applied Surface Science.
Istraživači su koristili nanoplastove cink oksida kao fotokatalizator, odnosno materijal sposoban da razgradi organske boje pod vidljivom svetlošću. Cink oksid je netoksičan i jednostavan za proizvodnju. Čestice nano veličine imaju veću površinu u poređenju sa uobičajenim rasutim materijalom. Kao rezultat, razgradnja boje je brža i efikasnija. To je prelazak na nanoskalu koja otkriva jedinstvena svojstva mnogih supstanci, uključujući svojstva povezana sa defektima.
„Zamislite, imate završenu Rubikovu kocku sa svim bojama koje su ispravno usklađene. Sada zamislite da ne samo da su boje pomešane, već i neki delovi nedostaju. Ipak, koliko god paradoksalno zvučalo, ovi nedostaci objašnjavaju mnoga zanimljiva svojstva poluprovodničkih nanomaterijala, uključujući i ona koja nam omogućavaju da koristimo nanoploče cink oksida za rešavanje ekoloških problema“, rekao je Dmitrij Tkačenko, koautor studije, laboratorijski asistent i istraživač na Odseku za opštu i neorgansku hemiju u St. Peterburg univerzitet.
Studija je imala tri faze. Prvo, sintetizovanje nano listova cink oksida i opisivanje njihovih osobina; drugo, s obzirom na proces degradacije boje na molekularnom nivou; i, treće, razvoj modela za predviđanje efikasnosti fotokatalizatora.
„U ovom trenutku još nije jasno kako možemo regulisati i odrediti broj defekata (pomešane i nedostajuće boje u Rubikovoj kocki) u nano-objektima. Međutim, u toku rada bilo je moguće ne samo pronađu način da se reguliše broj takvih defekata u nanolistovima, ali i da se primeni originalan pristup za njihovo predviđanje“, rekla je Olga Osmolovskaja, šef grupe za sintezu i proučavanje nanočestica i nanostrukturnih materijala, vanredni profesor na Katedri za Opšta i neorganska hemija na Univerzitetu u Sankt Peterburgu.
Kao rezultat toga, hemičari sa Univerziteta u Sankt Peterburgu su dobili skup parametara koji opisuju strukturu i svojstva nanolistova cink oksida.
„Razmatranje pojava i procesa u hemiji često je povezano sa eksperimentom u laboratoriji, koji zahteva određeni nivo opreme i veština. Predlažemo korišćenje računarske simulacije koja ne zahteva posebnu i skupu opremu i ima mnogo veće mogućnosti i fleksibilnost“, objasnio je Mihail Voznesenski, autor računarskog dela studije, vanredni profesor na Katedri za fizičku hemiju Univerziteta u Sankt Peterburgu.
Kao rezultat toga, iz čitavog skupa parametara, naučnici su odabrali one koji su imali najveći uticaj na aktivnost fotokatalizatora.
„Tako smo razvili jedinstveni model za predviđanje efikasnosti degradacije boje u prisustvu nanolistova cink oksida. Sada svaki naučnik, bez sprovođenja eksperimenta, može da sazna koliko će fotokatalizator sa određenim parametrima biti efikasan. Ovo, u turn, otvara potpuno nove mogućnosti u razvoju nanomaterijala sa svojstvima od interesa“, objasnio je Dmitrij Kirsanov, autor hemometrijskog dela studije, profesor na Katedri za analitičku hemiju Univerziteta Sankt Peterburg.
