Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Zarejestrowano jedną z najszybszych reakcji chemicznych

Recommended Posts

Grafen ma wiele zalet i jedną poważną wadę – brak pasma wzbronionego, przez co nie nadaje się do użycia w roli półprzewodnika. Możliwe jest jednak sztuczne wytworzenie pasma wzbronionego w grafenie poprzez dołączenie do niego atomów wodoru.

Naukowcy z Göttingen i Pasadeny zarejestrowali właśnie jedną z najszybciej przebiegających reakcji chemicznych, jakie kiedykolwiek badano – niezwykły obraz atomów wodoru łączących się z grafenem.

Uczeni bombardowali grafen atomami wodoru. Wodór zachowywał się nieco inaczej, niż się spodziewaliśmy, mówi Alec Wodtke z Wydziału Dynamiki Powierzchni Instytutu Chemii Biofizycznej im. Maksa Plancka i profesor Instytutu Chemii Fizycznej z Uniwersytetu w Göttingen. Zamiast natychmiast odlatywać od grafenu, atomy wodoru na chwilę przyklejały się do atomów węgla i dopiero później się od nich odbijały. Tworzyły czasowe wiązanie chemiczne, wyjaśnia. Naukowców zaintrygowało jeszcze jedno zjawisko. Otóż atomy wodoru miały dużą energię przed spotkaniem z grafenem. Gdy zaś go opuszczały ich energia była znacznie niższa. Jej większość traciły podczas zderzenia, lecz nie było jasne, co się z tą energią stało.

Naukowcy z Göttingen i ich koledzy z Caltechu (California Institute of Technology), chcąc wyjaśnić zagadkę zaginionej energii, opracowali model teoretyczny, który przetestowali na komputerze, a uzyskane wyniki porównali z wynikami eksperymentów. Jako, że okazały się one zgodne, naukowcy mogli odtworzyć to, co w ciągu femtosekund zachodziło pomiędzy węglem a wodorem. To wiązanie chemiczne istnieje przez około 10 femtosekund. To jedna z najszybszych bezpośrednio zaobserwowanych reakcji chemicznych, mówi Alexander Kandratsenka z Göttingen.

W ciągu tych 10 femtosekund atom wodoru przekazuje niemal całą swoją energię atomowi węgla w grafenie. Prowadzi do do powstania fali dźwiękowej, która rozprzestrzenia się na zewnątrz od miejsca, w którym atomy się zetknęły. Przypomina to propagację fali powstającej po wrzuceniu kamienia do wody, wyjaśnia uczony. To między innymi dzięki tej fali dźwiękowej atom wodoru łatwiej niż przypuszczano łączy się z atomem węgla.

Uzyskane wyniki mogą mieć fundamentalne znaczenie dla przemysłu i możliwości wykorzystania grafenu w roli półprzewodnika. Jednak same eksperymenty wymagały olbrzymiej wiedzy, zasobów i odpowiedniego sprzętu. Musieliśmy prowadzić je w warunkach próżni niemal doskonałej, by utrzymać grafen w czystości, mówią badacze. Ponadto samo odpowiednie przygotowanie atomów wodoru wymagało wykorzystania olbrzymiej liczby systemu laserowych.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przed dziewięciu laty profesor Chris Greening i jego koledzy z Monash University zainteresowali się Mycobacterium smegmatis. Ta niezwykła bakteria może przetrwać wiele lat bez dostępu do organicznych źródeł pożywienia. Ku zdumieniu australijskich naukowców okazało się, że M. smegmatis pobiera wodór z atmosfery i wykorzystuje go produkcji energii. Teraz naukowcom udało się wyekstrahować enzym odpowiedzialny za cały proces. Mają nadzieję, że uda się go wykorzystać do produkcji tanich wydajnych ogniw paliwowych.
      Enzym hydrogenazy, zwany Huc, ma tak wysokie powinowactwo do wodoru, że utlenia wodór atmosferyczny, mówi Greening. Huc jest niezwykle wydajny. W przeciwieństwie do innych znanych enzymów i katalizatorów korzysta z wodoru poniżej poziomu atmosferycznego, który stanowi 0,00005% powietrza, którym oddychamy – dodaje uczony. Od pewnego czasu wiedzieliśmy, że bakterie mogą wykorzystywać wodór atmosferyczny jako źródło energii. Jednak do teraz nie wiedzieliśmy, jak to robią – stwierdza.
      Bliższe badania ujawniły, że Huc niezwykle wydajnie zmienia minimalne ilości H2 w prąd elektryczny, jednocześnie zaś jest niewrażliwy na oddziaływanie tlenu, który jest zwykle bardzo szkodliwy dla katalizatorów. Co więcej Huc jest odporny na wysokie temperatury. Nawet w temperaturze 80 stopni Celsjusza zachowuje swoje właściwości.
      Bakterie wytwarzające Huc powszechnie występują w środowisku naturalnym. Odkryliśmy mechanizm, który pozwala bakteriom „żywić się powietrzem”. To niezwykle ważny proces, gdyż w ten sposób bakterie regulują poziom wodoru w atmosferze, pomagają utrzymać żyzność i zróżnicowanie gleb oraz oceanów, dodaje Greening.
      Obecnie naukowcy pracują nad skalowaniem produkcji Huc. Chcą uzyskać większe ilości enzymu, by go lepiej przebadać, zrozumieć oraz opracować metody jego wykorzystania w procesach przemysłowych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Astronomowie z Indii i Kanady zarejestrowali emisję radiową w paśmie 21 cm pochodzącą z wyjątkowo odległej galaktyki. Ich osiągnięcie otwiera drogę do lepszego poznania wszechświata, szczególnie jego odległych części. Daje ono np. nadzieję na znalezienie odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób w odległych galaktykach powstają gwiazdy. Galaktyki emitują różne rodzaje sygnałów radiowych. Dotychczas mogliśmy rejestrować ten konkretny sygnał tylko z bliższych galaktyk, co ograniczało naszą wiedzę, mówi Arnab Chakraborty, doktorant na kanadyjskim McGill University.
      Emisja w paśmie 21 centymetrów pochodzi z atomów wodoru, który szczególnie interesuje naukowców. Atomowy wodór to podstawowy budulec gwiazd, ma też olbrzymi wpływ na ewolucję galaktyk. Zatem, by lepiej zrozumieć ewolucję wszechświata, naukowcy chcą zrozumieć ewolucję gazu w różnych punktach jego historii. A dzięki indyjskiemu Giant Metrewave Radio Telescope oraz wykorzystaniu techniki soczewkowania grawitacyjnego udało się zarejestrować emisję z atomów wodoru znajdujących się w bardzo odległej galaktyce.
      Dotychczas najbardziej odległą galaktyką, dla której zarejestrowano emisję w paśmie 21 cm, był obiekt oddalony od nas o 4,1 miliarda lat. Przesunięcie ku czerwieni tej galaktyki wynosiło z=0.376. Przesunięcie ku czerwieni to zjawisko polegające na wydłużaniu się fali promieniowania elektromagnetycznego w miarę oddalania się źródła emisji od obserwatora. W przypadku światła widzialnego falami o największej długości są fale barwy czerwonej, stąd nazwa zjawiska. Kanadyjsko-indyjski zespół zarejestrował teraz emisję z galaktyki, dla której z wynosi 1.29, co oznacza, że jest ona oddalona od nas o 8,8 miliarda lat świetlnych. Przechwycony sygnał został z niej wyemitowany, gdy wszechświat liczył sobie zaledwie 4,9 miliarda lat. Ze względu na gigantyczną odległość, do chwili, gdy przechwyciliśmy sygnał, emisja z pasma 21 cm przesunęła się do pasma 48 cm, mówi Chakraborty.
      Zarejestrowanie tak słabego sygnału z tak wielkiej odległości było możliwe dzięki zjawisku soczewkowania grawitacyjnego, w wyniku którego fale emitowane ze źródła są zaginane jak w soczewce przez obecność dużej masy – na przykład galaktyki – pomiędzy źródłem a obserwatorem. W tym przypadku soczewkowanie wzmocniło sygnał 30-krotnie, dzięki czemu mogliśmy zajrzeć tak głęboko w przestrzeń kosmiczną, wyjaśnia profesor Nirupam Roy. Badania wykazały, że masa wodoru atomowego w obserwowanej galaktyce jest niemal dwukrotnie większa niż masa gwiazd.
      Uzyskane wyniki dowodzą, że już za pomocą obecnie dostępnych technologii jesteśmy w stanie coraz bardziej szczegółowo badać coraz odleglejsze obszary wszechświata i śledzić jego ewolucję.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Doktor inż. Marta Mazurkiewicz-Pawlicka i magister inż. Zuzanna Bojarska z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej stworzyły technologię, która pozwoli na tańszą produkcję wodoru. Wykorzystały przy tym disiarczek molibdenu uzyskiwany w reaktorach zderzeniowych oraz nanomateriały węglowe.
      Wodór ma być jednym z filarów transformacji energetycznej. Unia Europejska zakłada, że do roku 2050 wodór uzyskiwany ze źródeł odnawialnych będzie zapewniał 24% energii używanej we wspólnocie.
      Uczone chciały opracować tańsza metodę pozyskiwania wodoru z wody. Obecnie wykorzystuje się w tym celu proces elektrolizy, a katalizatorem jest kosztowana i coraz trudniej dostępna platyna. Zespół z Politechniki Warszawskiej postanowił w roli katalizatora wykorzystać disiarczek molibdenu i nanomateriały węglowe. Docelowo materiały te mają powstawać w reaktorach zderzeniowych, co jest nowością. "Reaktory zderzeniowe pozwalają na produkcję materiałów o powtarzalnych właściwościach w sposób ciągły i kontrolowany. Przez swoją dość prostą konstrukcję są łatwo skalowalne i z powodzeniem mogą być zastosowane w przemyśle", mówi Zuzanna Bojarska.
      Reaktor zderzeniowy ma kształt litery T. Dochodzi w nim do zderzenia dwóch strumieni, panują tam dobre warunki mieszania, a trzecim kanałem odprowadzany jest produkt końcowy.
      Technologia syntezy disiarczku molibdenu w reaktorze zderzeniowym została opracowana przez zespół profesora Łukasza Makowskiego. Zuzanna Bojarska pracuje nad tym zagadnieniem w ramach doktoratu. Z kolei doktor Mazurkiewicz-Pawlica bada nanomateriały węglowe. Łączymy wszystkie nasze doświadczenia i kompetencje. Cieszę się, że tworzymy interdyscyplinarny zespół i jesteśmy w stanie opracować technologię wytwarzania nowych materiałów oraz znaleźć dla nich ciekawe zastosowanie, mówi Mazurkiewicz-Pawlicka.
      Opracowany na PW pomysł zakłada wprowadzenie do reaktor reagentów w postaci roztworu lub zawiesiny z nanomateriałami węglowymi, a w wyniku reakcji dojdzie do wytrącania się disiarczku molibdenu na powierzchni węgla.
      jednak na tym pomyły obu uczonych się nie kończą. Nawiązano współpracę z tajwańskim Tatung University. Chcemy zwiększyć aktywność naszej hybrydy w zakresie promieniowania słonecznego poprzez dodanie nanocząstek półprzewodnikowych o właściwościach fotokatalitycznych. Zastosowanie takich materiałów pozwoli na obniżenie kosztów technologicznych ze względu na użycie energii słonecznej, mówi dr Mazurkiewicz-Pawlicka.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Stefan Kaskel i Thomas Heine z Uniwersytetu Technologicznego w Dreźnie oraz Michael Hirscher z Instytutu Systemów Inteligentnych im. Maxa Plancka w Stuttgarcie wykorzystali szkielet metalo-organiczny DUT-8 w roli kwantowego sita do pozyskiwania deuteru, dzięki temu ten cenny izotop wodoru można będzie pozyskiwać znacznie taniej niż obecnie.
      Istnieją dwa stabilne izotopy wodoru. 1H (prot) stanowi 99,98% wszystkich atomów wodoru, a w jego jądrze znajduje się pojedynczy proton. Drugim ze stabilnych izotopów jest 2H, deuter, który w jądrze zawiera proton i neutron. Deuter ma liczne zastosowania. Jest wykorzystywany zarówno w fuzji jądrowej, pracach nad nowymi lekami i obrazowaniu medycznym. Obecnie deuter pozyskuje się w drodze elektrolizy z wody. To bardzo kosztowny proces, przez co deuter jest droższy od złota. Niemieccy naukowcy uważają, że dzięki wykorzystaniu kwantowego sita pozyskiwanie deuteru może być znacznie tańsze.
      W 2012 roku naukowcy z Drezna stworzyli nowy typ szkieletu metalo-organicznego. Zbudowany jest on z jonów metali połączonych za pomocą organicznych ligand, dzięki którym tworzy uporządkowaną macierz.
      Szkielet DUT-8 wyróżnia się niezwykłą elastycznością. Reaguje na zewnętrzną stymulację, dostosowując ligandy, przez co zmienia rozmiary porów. Już w 2012 roku naukowcy wykazali, że DUT-8 pod wpływem wysokiego ciśnienia lub bardzo niskich temperatur blokuje przepływ molekuł wodoru w formie gazowej. Teraz uczeni zbadali reakcję DUT-8 na molekuły złożone z dwóch jąder deuteru.
      Dzięki zaawansowanym technikom obrazowania naukowcy zauważyli, że w temperaturze ok. -250 stopni Celsjusza i ciśnieniu ok. 24 kPa pory DUT-8 otwierały się w obecności D2. dzięki temu przez sito przechodziło 12-krotnie więcej molekuł D2 niż H2. Dzięki zdobytej w ten sposób wiedzy naukowcy mogli przeprowadzić symulacje całego procesu. Pozwoliło to na opisanie procesu, w wyniku którego pory otwierają się w obecności D2, ale zamykają w obecności H2 i HD. Ponadto obliczenia wykazały, że sito będzie otwierało się też w obecności trytu T2 i DT, ale pozostanie zamknięte dla HT.
      Naukowcy zapewniają, że ich eksperymenty wykazały, iż wykorzystanie DUT-8 może być efektywną tanią metodą rozdzielania izotopów wodoru z formy gazowej.
      Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Science Advances.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Łazik Perseverance wylądował na Marsie po trwającej ponad pół roku podróży. W tym czasie był narażony na oddziaływanie dużych dawek promieniowania kosmicznego, które dodatkowo mogło zostać gwałtownie zwiększone przez koronalne wyrzuty masy ze Słońca. Na takie właśnie szkodliwe dla zdrowia promieniowanie narażeni będą astronauci podróżujący na Marsa. W przeciwieństwie do załogi Międzynarodowej Stacji Kosmicznej nie będą oni chronieni przez ziemską magnetosferę. Dlatego też wszelkie metody skrócenia podróży są na wagę zdrowia i życia.
      Emmanuel Duplay i jego koledzy z kanadyjskiego McGill University zaprezentowali na łamach Acta Astronautica interesującą koncepcję laserowego systemu napędowy, który mógłby skrócić załogową podróż na Marsa do zaledwie 45 dni.
      Pomysł na napędzanie pojazdów kosmicznych za pomocą laserów nie jest niczym nowym. Jego olbrzymią zaletą jest fakt, że system napędowy... pozostaje na Ziemi. Jedną z rozważanych technologii jest wykorzystanie żagla słonecznego przymocowanego do pojazdu. Żagiel taki wykorzystywałby ciśnienie fotonów wysyłanych w jego kierunku z laserów umieszczonych na Ziemi. W ten sposób można by rozpędzić pojazd do nieosiągalnych obecnie prędkości.
      Jednak system taki może zadziałać wyłącznie w przypadku bardzo małych pojazdów. Dlatego Duplay wraz z zespołem proponują rozwiązanie, w ramach którego naziemny system laserów będzie rozgrzewał paliwo, na przykład wodór, nadając pęd kapsule załogowej.
      Pomysł Kanadyjczyków polega na stworzeniu systemu laserów o mocy 100 MW oraz pojazdu załogowego z odłączanym modułem napędowym. Moduł składałby się z olbrzymiego lustra i komory wypełnionej wodorem. Umieszczone na Ziemi lasery oświetlałby lustro, które skupiałoby światło na komorze z wodorem. Wodór byłby podgrzewany do około 40 000 stopni Celsjusza, gwałtownie by się rozszerzał i uchodził przez dyszę wylotową, nadając pęd kapsule załogowej. W ten sposób, w ciągu kilkunastu godzin ciągłego przyspieszania kapsuła mogłaby osiągnąć prędkość około 14 km/s czyli ok. 50 000 km/h, co pozwoliłoby na dotarcie do Marsa w 45 dni. Sam system napędowy, po osiągnięciu przez kapsułę odpowiedniej prędkości, byłby od niej automatycznie odłączany i wracałby na Ziemię, gdzie można by go powtórnie wykorzystać.
      Drugim problemem, obok stworzenia takiego systemu, jest wyhamowanie pojazdu w pobliżu Marsa. Naukowcy z McGill mówią, że można to zrobić korzystając z oporu stawianego przez atmosferę Czerwonej Planety, jednak tutaj wciąż jest sporo niewiadomych.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...