Аспирант кафедры экологии и химической технологии Института естественных и точных наук ЮУрГУ Роман Морозов под руководством научного сотрудника Управления научной и инновационной деятельности ЮУрГУ Олега Большакова проводит исследование по теме «Биоминерализация оксида титана на пептидных темплатах».

Катализаторы – вещества, предназначенные для ускорения химических реакций и способные почти полностью восстановиться после завершения реакции. Ускорение химической реакции, обусловленное совместным действием катализатора и облучения светом, называется фотокатализом. Одно из важнейших и развиваемых направлений в практическом применении этой современной технологии – фотокатализ с использованием оксида титана, который для применения в качестве фотокатализатора должен обладать кристаллической структурой. Существует множество способов получения кристаллического оксида титана – которые предполагают использование неудобных в работе алкоксидов титана, темплатов, а также включают очень энергоемкие процессы – гидротермальную обработку, прокаливание при высокой температуре.

– Альтернатива этим способам придумана самой природой. Многие микроорганизмы и организмы строят свои экзоскелеты из различных нерастворимых солей. Например, большинство кораллов построены из карбоната кальция. Оксид титана также может быть подвергнут такому процессу, сущность которого заключается в том, что организм строит на своем теле твердую структуру, используя вещества, содержащиеся в растворе, – поясняет Роман Морозов.

Учёные Южно-Уральского государственного университета исследуют этот процесс следующим способом: сначала выясняют, какая из аминокислот в большей степени адсорбируется на оксиде титана. Цель – найти аминокислоту, которая обладает большей аффинностью к оксиду титана, так как она будет лучше его биоминерализовывать, то есть на ней лучше будут строиться его кристаллы.

– В дальнейшем планируем расширить этот ряд аминокислот до пептидов, то есть веществ, состоящих из нескольких аминокислот. Далее на основе полученных данных методами квантово-химического моделирования будет предложен самый лучший пептид, на котором активнее всего будут проходить процессы биоминерализации оксида титана, – рассказывает аспирант.

Предложенный южно-уральскими учёными способ отличается от уже используемых своей простотой: в природе все эти процессы происходят при комнатной температуре, нормальном давлении и ph близком к нейтральному.

– На сегодняшний день самым распространённым является золь-гель метод, включающий получение золя с последующим переводом его в гель. Но он требует дополнительных растворителей, а затем нагревания оксида титана до высоких температур или применения гидротермальной обработки, а это очень энергозатратно. Наш способ выгоднее и с практической, и с экономической точки зрения, – говорит Роман Сергеевич.

Работая над этим проектом, Роман Морозов стал одним из победителей конкурса «Научная перспектива», проводимого в ЮУрГУ в рамках Проекта 5-100. Разработки южно-уральских ученых уже были представлены в мае на Третьей Всероссийской молодежной конференции «Достижения молодых ученых: химические науки» в Уфе. Также по результатам исследований опубликованы две статьи в журнале Non-Crystalline Solids, который входит в Топ 25% по версии Scopus.