Nanoszerkezetek Laboratórium, Felületkémiai és Katalízis Laboratórium
(Energiatudományi Kutatóközpont)
2022. július

A napfényt széles körben a jövő elsődleges megújuló energiaforrásaként tartják számon, amelynek egyik közvetlen felhasználását a fotokatalízis testesíti meg. A fotokatalizátor hatékonysága jelentősen fokozható az effektív felületének növelésével, amelyen az elbontani kívánt vegyületek adszorbeálhatók, valamint a fotogerjesztési folyamat hatékonyságának javításával. Ez adta a motivációnkat, hogy a lepkék szárnyaiban előforduló, hierarchikus fotonikus nanoarchitektúrákat templátként alkalmazzuk a fotokatalitikus teljesítmény jelentős fokozása érdekében (Piszter Gábor, Kertész Krisztián, Nagy Gergely, Baji Zsófia, Horváth Zsolt Endre, Bálint Zsolt, Pap József Sándor, Biró László Péter: Spectral tuning of biotemplated ZnO photonic nanoarchitectures for photocatalytic applications. Royal Society Open Science, 2022.)

Munkánk során azt tapasztaltuk, hogy az atomi rétegleválasztás tökéletesen megőrizte a lepkeszárny-pikkelyekben található fotonikus nanoarchitektúrák szerkezetét, így ZnO alapú félvezető burkolatot adva a kitinből felépülő, szigetelő struktúráknak. A fotokatalitikus aktivitást rodamin B festékanyag látható fény hatására történő bomlásával mértük. A ZnO-dal bevont lepkeszárnyak minden esetben megnövekedett fotokatalitikus aktivitást mutattak az üveghordozójú ZnO rétegekhez képest. Ennek a növekedésnek a nagysága egyenesen arányosan függött a ZnO alapú nanoarchitektúra visszaverési csúcsának és a festékanyag elnyelési sávjának átfedésétől, valamint visszavert intenzitás maximumától. Kísérleti eredményeink azt mutatják, hogy a látható fény hullámhossz-tartományában hatékonyan működő félvezető fotokatalizátorok készíthetők, ha a lepkeszárnyakban előforduló fotonikus nanoarchitektúrákat alkalmazzuk a ZnO rétegek hordozójaként.