В Дагестанском государственном университете разработана технология, превращающая обычные стеклянные шарики в мощное оружие против бактерий и органических загрязнителей. Исследователи использовали метод атомно-слоевого осаждения (ALD), чтобы нанести на поверхность стекла сверхтонкую пленку — настолько тонкую, что она в тысячи раз тоньше человеческого волоса. Эта пленка, состоящая из оксидов титана и ванадия, обладает фотокаталитическими свойствами: под воздействием света она запускает химические реакции, разрушающие патогенные микроорганизмы и органические молекулы. Об этом сообщили в пресс-службе ДГУ.
В отличие от традиционных фильтров, накапливающих загрязнения или требующих замены картриджей, разработка ученых ДГУ работает по принципу фотокатализа. Сам материал не расходуется в процессе очистки и может использоваться многократно. При облучении светом на поверхности нанопокрытия TiVᵧO образуются активные формы кислорода (ROS), которые эффективно уничтожают бактериальные клетки и разлагают органические загрязнители.
«Наши материалы работают как фотокатализаторы, — объясняет руководитель проекта кандидат химических наук Абай Максумова. — При воздействии света нанопокрытие запускает химические реакции, которые разрушают бактерии и другие загрязнители. При этом сам фильтрующий материал не расходуется и может использоваться многократно».
Ключевое преимущество технологии — использование в качестве подложки стеклянных шариков, которые уже применяются в системах водоочистки. Это делает разработку легко интегрируемой в существующие промышленные установки.
Впервые в мире исследователям удалось вырастить нанослой TiVᵧO на предварительно нанесенный зародышевый слой ALD AlO на стекле. Для анализа структуры и состава полученного покрытия использовались современные методы: сканирующая электронная микроскопия (SEM), энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDX) и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS). Последняя позволила впервые получить уникальные данные о химическом состоянии элементов в нанопокрытии.
«Это первое исследование, в котором комплексно изучается фотокаталитическая активность, антибактериальная эффективность и влияние на гидрохимические параметры питьевой воды с использованием стеклянных фильтров, функционализированных нанопокрытием ALD TiVᵧO, — подчеркивает Абай Максумова. — Это представляет собой значительный сдвиг в сторону экологических применений».
Для создания покрытия ученые выбрали галогенидные прекурсоры — TiCl, VOCl и воду. Такой выбор не случаен: эти соединения обладают достаточным давлением пара при комнатной температуре и легко переходят в газовую фазу при умеренном нагреве. Кроме того, они значительно экономичнее металлоорганических аналогов, что делает процесс ALD легко масштабируемым и пригодным для интеграции в существующие промышленные системы очистки воды.
Разработка особенно актуальна для регионов с ограниченным доступом к качественной питьевой воде. Фильтры с нанопокрытием могут стать основой современных многоразовых систем очистки как для питьевой, так и для сточной воды.
Особенность технологии — возможность точной настройки свойств покрытия. Изменяя состав оксидов металлов и толщину нанопленки, ученые могут создавать фильтры, эффективные против конкретных штаммов микроорганизмов. Исследователи уже работают над несколькими направлениями: помимо стеклянных шариков для водяных фильтров, команда создает нанопокрытия для керамических и полимерных мембран, а также для воздушных фильтров на основе тканевых и бумажных материалов.
«Мы рассматриваем возможность создания экспериментального реактора по типу SODIS-систем, которые используют солнечный свет для дезинфекции воды, — рассказывает Абай Максумова. — Но наша технология будет значительно эффективнее благодаря фотокаталитическим свойствам нанопокрытий».
Проект проводится в рамках регионального конкурса Российского научного фонда на проведение фундаментальных исследований. Можно написать так: Команда опубликовала результаты своей работы в высокорейтинговом журнале (Q1) Journal of Industrial and Engineering Chemistry https://doi.org/10.1016/j.jiec.2026.02.035
«Разработка наших ученых — яркий пример того, как фундаментальная наука находит прямой путь к решению прикладных задач, имеющих огромное социальное значение. Дагестанский государственный университет последовательно развивает направление умных материалов для экологии. Метод атомно-слоевого осаждения, который освоили и развили исследователи под руководством Абай Максумовой, позволяет создавать покрытия с уникальными, заранее заданными свойствами на атомном уровне. Это не просто улучшение существующих технологий — это выход на принципиально новый уровень очистки воды и воздуха, что соответствует стратегическим задачам технологического суверенитета России в области экологической безопасности», — отметил ректор ДГУ Муртазали Рабаданов.
Работа выполнена междисциплинарным коллективом ученых из Махачкалы (ДГУ и ДГМУ), Нижнего Новгорода (ННГУ) и Санкт-Петербурга (СПбГУ). Проект является частью программы развития ДГУ как участника программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
