圣彼得堡大学的化学家们运用大数据分析技术，成功预测了氧化锌纳米片的光催化性能。这种纳米结构材料由薄片状颗粒构成，研究旨在解决广泛应用于涂料和纺织行业的有机染料的无废物降解问题。研究成果同样适用于其他环境问题。
新材料的研发是现代科学的重要任务。这些材料能够减少有害物质进入生态系统，从而降低环境污染。新材料的开发过程复杂且劳动密集，包含多个阶段，每个阶段都耗时且可能无法达到预期效果。
化学家首先需要合成材料，其次研究其性质，最后测试新材料是否能解决特定任务。科学家的目标是简化和加速这一过程，但他们必须首先了解在合成物质之前，哪些特性能够使其更有效地解决特定问题。
圣彼得堡大学的科学家们开发了一种预测氧化锌纳米片光催化性能的方法，为纳米材料的开发开辟了广阔前景，这些材料具备我们关注的特性，例如用于处理染料废水。这项研究已发表在《应用表面科学》期刊上。
研究人员将氧化锌纳米片作为光催化剂，这是一种在可见光下能够降解有机染料的材料。氧化锌无毒且生产简单。与传统块状材料相比，纳米颗粒具有更大的表面积，因此染料降解速度更快，效率更高。向纳米尺度的过渡揭示了许多物质的独特性质，包括与缺陷相关的特性。
“想象一下，你有一个完整的魔方，所有颜色都正确匹配。现在想象一下，不仅颜色混在一起，还有些部分缺失。然而，尽管听起来矛盾，正是这些缺陷解释了半导体纳米材料的许多有趣特性，包括使我们能够利用氧化锌纳米片解决环境问题的特性，”该研究的合著者、圣彼得堡大学普通和无机化学系的实验室助理和研究员德米特里·特卡琴科(Dmitry Tkachenko)表示。
这项研究分为三个阶段：首先合成氧化锌纳米片并描述其性质；其次，从分子层面考虑染料降解过程；最后，建立光催化剂效率的预测模型。
“目前，我们尚不清楚如何调节和确定纳米物体中缺陷（魔方中混合和缺失的颜色）的数量。然而，在研究过程中，不仅有可能找到调节纳米片中缺陷数量的方法，还可以应用一种新颖的方法来预测它们，”Olga Osmolovskaya说，她是纳米颗粒和纳米结构材料合成与研究小组的负责人，圣彼得堡大学普通和无机化学系副教授。
最终，圣彼得堡大学的化学家们获得了一组描述氧化锌纳米片结构和性质的参数。
对化学现象和过程的研究通常依赖于实验室实验，这需要一定的设备和技能。我们建议使用计算机模拟，这不需要特殊和昂贵的设备，并且具有更大的能力和灵活性，”Mikhail Voznesenskiy解释道，他是该研究计算部分的作者，圣彼得堡大学物理化学系副教授。
因此，科学家们从所有参数中选择了对光催化剂活性影响最大的参数。
“因此，我们开发了一个独特的模型来预测氧化锌纳米片在存在下的染料降解效率。现在，任何科学家都可以在不进行实验的情况下，发现具有特定参数的光催化剂的效果。这为开发具有感兴趣特性的纳米材料开辟了全新的机会，”该研究的化学计量部分的作者、圣彼得堡大学分析化学系教授德米特里·基尔萨诺夫解释道。
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