Znajdź zawartość

Po raz pierwszy zaobserwowano, w czasie rzeczywistym i skali molekularnej, jak powstaje woda. Naukowcy z Northwestern University zarejestrowali łączenie się atomów wodoru i tlenu. Obserwacji dokonano w ramach badań, w czasie których uczeni chcieli zrozumieć działanie palladu jako katalizatora reakcji prowadzącej do powstawania wody. Uzyskanie wody za mocą palladu nie wymaga ekstremalnych warunków, zatem może być wykorzystane w praktyce do pozyskania wody tam, gdzie jest trudno dostępna. Na przykład na innych planetach. Przypomnijmy sobie Marka Watneya, granego przez Matta Damona w „Marsjaninie”. Spalał paliwo rakietowe, by uzyskać wodór, a następnie dodawał do niego tlen. Nasz proces jest bardzo podobny, ale nie potrzebujemy ognia i innych ekstremalnych warunków. Po prostu zmieszaliśmy pallad i gazy, mówi jeden z autorów badań, profesor Vinayak Dravid. O tym, że pallad może być katalizatorem do generowania wody, wiadomo od ponad 100 lat. To znane zjawisko, ale nigdy go w pełni nie rozumieliśmy, wyjaśnia doktorant Yukun Liu, główny autor badań. Młody uczony dodaje, że do zrozumienia tego procesu konieczne było połączenie analizy struktury w skali atomowej oraz bezpośredniej wizualizacji. Wizualizowanie całego procesu było zaś niemożliwe. Jednak w styczniu 2024 roku na łamach Science Advances profesor Dravid opisał nowatorką metodę analizowania molekuł gazu w czasie rzeczywistym. Uczony wraz z zespołem stworzyli ultracienką membranę ze szkła, która więzi molekuły gazu w reaktorach o strukturze plastra miodu. Uwięzione atomy można obserwować za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego w próżni wysokiej. Za pomocą nowej metody uczeni zaobserwowali, jak atomy wodoru wnikają do próbki palladu, rozszerzając jej sieć atomową. Po chwili – ku zaskoczeniu uczonych – na powierzchni palladu pojawiły się krople wody. Myślę, że to najmniejsze kiedykolwiek zaobserwowane krople. Tego się nie spodziewaliśmy. Na szczęście nagraliśmy to i możemy udowodnić, że nie oszaleliśmy, cieszy się Liu. Po potwierdzeniu, że pojawiła się woda, naukowcy zaczęli szukać sposobu na przyspieszenie reakcji. Zauważyli, że najszybciej zachodzi ona, gdy najpierw doda się wodór, później tlen. Atomy wodoru wciskają się między atomy palladu, rozszerzając próbkę. Gdy do całości zostaje dodany tlen, wodór opuszcza pallad, by połączyć się z tlenem, a próbka kurczy się do wcześniejszych rozmiarów. Badania prowadzone były w nanoskali, ale wykorzystanie większych kawałków palladu pozwoliłoby na uzyskanie większej ilości wody. Autorzy badań wyobrażają sobie, że w przyszłości astronauci mogliby zabierać ze sobą pallad wypełniony wodorem. Gdy będą potrzebowali wody, dodadzą tlen. Pallad jest drogi, ale nasza metoda go nie zużywa. Jedyne, co jest tutaj zużywane, to gaz. A wodór to najpowszechniej występujący gaz we wszechświecie. Po reakcji pallad można wykorzystywać ponownie, mówi Liu.   « powrót do artykułu

Pozłotnictwo to rzemiosło zajmujące się pokrywaniem podłoża (np. artefaktów) metalami, przeważnie szlachetnymi. Starożytni Egipcjanie i Chińczycy pokrywali swoje rzeźby cienkimi metalowymi filmami, dzięki czemu przez tysiące lat opierały się one zniszczeniu i korozji. Inspirując się dokonaniami starożytnych, prof. Sameh Tawfick z Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign pokrył metalowe folie z palladu jednowarstwowym grafenem, 2-krotnie zwiększając ochronny wpływ pozłotnictwa. Amerykanie podkreślają, że metalowe folie są łatwo skalowalnym materiałem na powłoki. Można je kupić w dużych rolkach i są one stosunkowo tanie. Nakładając na folię pojedynczą warstwę grafenu, uzyskano niespodziewane korzyści, w tym zwiększoną wytrzymałość mechaniczną. Autorzy raportu z pisma Advanced Functional Materials mają nadzieję, że ich ustalenia znajdą zastosowanie w powłokach ochronnych na dużych strukturach, np. budynkach czy kadłubach statków, metalowych powierzchniach elektroniki użytkowej, a także drobnych cennych artefaktach czy biżuterii. Pojedyncza jednoatomowa warstwa grafenu na palladzie sprawia, że jest on 2-krotnie bardziej odporny na wygięcia niż folia z czystego palladu. To propozycja bardzo korzystna także z finansowego punktu widzenia; ilość grafenu potrzebna do pokrycia pozłotniczych struktur Carbide & Carbon Building w Chicago miałaby bowiem np. wielkość główki szpilki. Dodatkowo ekipa opracowała nową technologię pozyskiwania wysokiej jakości grafenu bezpośrednio na powierzchni folii palladowej o grubości 150 nanometrów w zaledwie 30 s. Podczas osadzania chemicznego z fazy gazowej CVD (od ang. Chemical Vapor Deposition) w temperaturze 1100°C czysta folia z palladu działa jak katalizator. CVD grafenu wymaga bardzo wysokiej temperatury, która może spowodować stopienie folii lub zwilżanie ciała stałego  – podkreśla doktorant Kaihao Zhang. Proces, który opracowaliśmy, osadza grafen na tyle szybko, że udaje się uniknąć degradacji pod wpływem temperatury. Poza tym jest on skalowalny i zapewnia grafen wysokiej jakości. « powrót do artykułu