Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Cyklokarbon – nowa obiecująca forma węgla

Recommended Posts

Przemysław Gaweł i jego koledzy z Uniwersytetu w Oksfordzie zsyntetyzowali pierwszą molekułę w kształcie pierścienia, zbudowaną z czystego węgla. Uczeni rozpoczęli od trójkątnej molekuły złożonej z węgla i tlenu, a następnie – manipulując nią za pomocą prądu elektrycznego – stworzyli 18-atomowy węglowy pierścień. Wstępne badania cyklokarbonu, bo taką nazwę zyskała molekuła, wykazały, że jest ona półprzewodnikiem, co daje nadzieję na wykorzystanie jej i jej podobnych molekuł do budowy podzespołów elektronicznych.

To absolutnie niesamowite osiągnięcie. Wielu naukowców, w tym i ja, próbowało stworzyć cyklokarbon i zbadać jego strukturę molekularną, ale na próżno, mówi Yoshito Tobe, chemik z Uniwersytetu w Osace.

Czysty węgiel występują w wielu różnych postaciach. Znajdziemy go w diamencie czy graficie. W diamencie każdy atom węgla łączy się z czterema innymi tworząc piramidę. Z kolei w grafenie tworzy heksagonalne wzorce łącząc się z trzema sąsiadami.
Jednak, jak przewidywało wielu teoretyków, w tym noblista Roald Hoffman, węgiel mógłby łączyć się jedynie z dwoma sąsiadującymi atomami, albo tworząc z każdym z nich podwójne wiązanie z każdej strony lub też potrójne z jednej i pojedyncze z drugiej. Wiele zespołów naukowych próbowało utworzyć łańcuchy lub pierścienie zbudowane według takiego schematu.

Uzyskanie takiej struktury jest jednak niezwykle trudne, gdyż jest ona bardzo reaktywna, a co za tym idzie, niestabilna. Szczególnie, gdy zostaje zagięta. Ustabilizowanie wymagało zwykle dodania innych atomów, niż węgiel. Pojawiły się też doniesienia o uzyskaniu cyklokarbonu w chmurze gazu, jednak nie przedstawiono jednoznacznych dowodów potwierdzających takie twierdzenia.

Naukowcy z Oksfordu najpierw za pomocą standardowych metod uzyskani kwadraty z czterech atomów węgla wychodzące z pierścienia, do którego były przyłączone za pomocą atomów tlenu. Następnie próbki zostały wysłane do laboratoriów IBM-a w Zurichu. Tam umieszczono je na podłożu z chlorku sodu znajdującego się w komorze próżniowej. Następnie za pomocą prądu manipulowano każdym kwadratem z osobna, by usunąć elementy zawierające tlen. Po wielu próbach i błędach mikroskop wykazał, że w końcu uzyskano 18-atomowy pierścień z czystego węgla.

Dalsze badania ujawniły, że pierścień ma naprzemienną strukturę potrójnych i pojedynczych wiązań. To właśnie taka struktura nadała całości właściwości półprzewodnika. To zaś sugeruje, że jeśli uda się uzyskać podobnie zbudowane łańcuchy, to i one będą półprzewodnikami, co daje nadzieję na wykorzystanie ich do budowy molekularnej wielkości podzespołów elektronicznych.

Na razie prowadzimy badania podstawowe, mówi Gaweł. Obecnie naukowcy chcą zbadać właściwości cyklokarbonu oraz znaleźć bardziej wydajne metody jego pozyskiwania. Wciąż nie wiadomo, czy cyklokarbon pozostanie stabilny po jego zdjęciu z podłoża oraz czy uda się go tworzyć szybciej niż molekuła po molekule.


« 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
      Naukowcy opracowali przenośne urządzenie (w kształcie papryczki chili), które pozwala szybko i tanio określić zawartość kapsaicyny w papryczkach chili. Wyniki badań zespołu Warakorna Limbuta z Prince of Songkla University ukazały się właśnie w piśmie ACS Applied Nano Materials.
      Papryczki chili są popularnym składnikiem dań na całym świecie. Mają pikantny smak, bo zawierają kapsaicynę - alkaloid o licznych właściwościach prozdrowotnych (działaniu przeciwutleniającym, przeciwzapalnym czy antynowotworowym). Nic więc dziwnego, że zapotrzebowanie na kapasaicynę - do celów spożywczych i farmaceutycznych - rośnie.
      Mając to na uwadze, Limbut i inni chcieli opracować prostą, dokładną i tanią metodę określania zawartości kapsaicyny w papryczkach i próbkach pokarmu. Inne metody, które miały na to pozwalać, były bowiem skomplikowane, czasochłonne lub wymagały drogiego sprzętu pokaźnych rozmiarów.
      Tajlandzcy naukowcy opracowali przenośne urządzenie w kształcie niewielkiej papryczki, które można podłączyć do smartfona, by wyświetlić wyniki. W papierowym czujniku elektrochemicznym wykorzystano nanopłytki grafenu dopowanego azotem (ang. N-doped graphene nanoplatelets, GrNPs); w strukturę grafenu wprowadzono atomy azotu, by poprawić przewodnictwo elektryczne.
      Po zoptymalizowaniu czujnika zespół wykorzystał go do określenia zawartości alkaloidu w 6 próbkach suszonej chili. Papryczki dodawano do roztworu etanolu i wytrząsano. Później roztwór wkrapiano na czujnik. Okazało się, że urządzenie dokładnie mierzyło stężenia kapsaicyny rzędu 7,5-90 μM. Granica wykrywalności (ang. limit of detection) to 0,37 μM.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Grafenowe bolometry mogą całkowicie zmienić zasady gry na polu komputerów kwantowych, stwierdzają na łamach Nature fińscy naukowcy z Uniwersytetu Aalto i VTT Technical Research Centre of Finland. Stworzyli oni nowy detektor mierzący energię z niedostępnymi wcześniej dokładnością i szybkością. To może pomóc w rozwoju komputerów kwantowych i upowszechnieniu się tych maszyn poza laboratoria.
      Bolometr to urządzenie, które określa ilość promieniowania mierząc, jak bardzo zostało przez to promieniowanie ogrzane. Głównym autorem nowego niezwykle precyzyjnego bolometru jest profesor Mikko Möttönen, który pracował nad nim przez ostatnią dekadę.
      Współczesne komputery kwantowe działają dzięki pomiarom energii kubitów. Większość z nich mierzy napięcie elektryczne indukowane przez kubit. Dokonywanie takich pomiarów jest jest związane z występowaniem trzech problemów. Po pierwsze pomiary takie wymagają rozbudowanych obwodów wzmacniających napięcie, co może ograniczać możliwości skalowania systemów kwantowych. Po drugie obwody takie zużywają sporo energii. W końcu po trzecie, pomiary napięcia wprowadzają szum kwantowy, który z kolei generuje błędy w odczytach kubitów. Specjaliści zajmujący się komputerami kwantowymi od dawna mają nadzieję, że wszystkie trzy problemy można będzie rozwiązać dzięki bolometrom. A profesor Möttönen stworzył właśnie bolometr, który jest wystarczająco czuły i szybki, by sprostać takim zadaniom.
      Bolometry wchodzą do technologii kwantowych i być może ich pierwszym zadaniem będzie odczyt informacji z kubitów. Czułość i dokładność bolometrów właśnie osiągnęła poziom wymagany w takich zadaniach, mówi Möttönen.
      Przed rokiem zespół profesora Möttönena stworzył ze stopu złota i palladu bolometr, którego pomiary charakteryzował niezwykle niski poziom szumu. Jednak urządzenie pracowało zbyt wolno jak na potrzeby komputerów kwantowych. Najnowszy bolometr, którego osiągi pozwalają na zastosowanie go w komputerach kwantowych, został zbudowany z grafenu.
      Grafen charakteryzuje się bardzo niską pojemnością cieplną, co oznacza, że pozwala on na szybkie wykrywanie niewielkich zmian w poziomie energii. Dzięki temu nadaje się do pomiarów w systemach kwantowych. Grafenowy bolometr dokonuje pomiaru w czasie znacznie krótszym niż mikrosekunda, a więc szybkością pracy dorównuje obecnie używanym systemom pomiarowym. Jest jednak pozbawiony ich wad.
      Zmiana stopu złota i palladu na grafen spowodowała 100-krotne przyspieszenie pracy detektora przy zachowaniu niskiego poziomu szumów. Uważamy, że możemy jeszcze bardziej udoskonalić nasze urządzenie, mówi profesor Pertti Hakonen z Aalto.
      To bardzo ważne, gdyż pokazuje, że skoro bolometry dorównują systemom opartym na pomiarach napięcia prądu, to w przyszłości będą od nich bardziej wydaje. Możliwości obecnej technologii są ograniczone przez zasadę nieoznaczoności Heisenberga. Wynika z niej, że – przynajmniej teoretycznie – możliwe jest stworzenie bolometru p pozbawionego szumu kwantowego. Teoria nie pozwala zaś na stworzenie systemu pomiaru napięcia bez szumu kwantowego. Zatem wyższa teoretyczna dokładność, niższe zapotrzebowanie na energię oraz znacznie mniejsze rozmiary czynią z grafenowych bolometrów niezwykle obiecującą technologię, która pozwoli na wprowadzenie komputerów kwantowych pod strzechy.
      Ze szczegółami badań Finów można zapoznać się na łamach Nature.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Eksperci z Rocky Mountain Institute opublikowali raport, z którego dowiadujemy się, że koszty produkcji energii z węgla osiągnęły punkt zwrotny i obecnie energia ta na większości rynków przegrywa konkurencję cenową z energią ze źródeł odnawialnych. Z analiz wynika, że już w tej chwili koszty operacyjne około 39% wszystkich światowych elektrowni węglowych są wyższe niż koszty wybudowania od podstaw nowych źródeł energii odnawialnej.
      Sytuacja ekonomiczna węgla będzie błyskawicznie się pogarszała. Do roku 2025 już 73% elektrowni węglowych będzie droższych w utrzymaniu niż budowa zastępujących je odnawialnych źródeł energii. Autorzy raportu wyliczają, że gdyby nagle cały świat podjął decyzję o wyłączeniu wszystkich elektrowni węglowych i wybudowaniu w ich miejsce odnawialnych źródeł energii, to przeprowadzenie takiej operacji stanie się opłacalne już za dwa lata.
      Szybsze przejście od węgla do czystej energii jest w zasięgu ręki. W naszym raporcie pokazujemy, jak przeprowadzić taką zmianę, by z jednej strony odbiorcy energii zaoszczędzili pieniądze, a z drugiej strony, by pracownicy i społeczności żyjące obecnie z energii węglowej mogli czerpać korzyści z energetyki odnawialnej, mówi Paul Bodnar, dyrektor Rocky Mountain Institute.
      Autorzy raportu przeanalizowali sytuację ekonomiczną 2472 elektrowni węglowych na całym świecie. Wzięli też pod uwagę koszty wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych oraz jej przechowywania. Na podstawie tych danych byli w stanie ocenić opłacalność energetyki węglowej w 37 krajach na świecie, w których zainstalowane jest 95% całej światowej produkcji energii z węgla. Oszacowali też koszty zastąpienia zarówno nieopłacalnej obecnie, jak o opłacalnej, energetyki węglowej przez źródła odnawialne.
      Z raportu dowiadujmy się, że gdyby na skalę światową zastąpić nieopłacalne źródła energii z węgla źródłami odnawialnymi, to w bieżącym roku klienci na całym świecie zaoszczędziliby 39 miliardów USD, w 2022 roczne oszczędności sięgnęłyby 86 miliardów, a w roku 2025 wzrosłyby do 141 miliardów. Gdyby jednak do szacunków włączyć również opłacalne obecnie elektrownie węglowe, innymi słowy, gdybyśmy chcieli już teraz całkowicie zrezygnować z węgla, to tegoroczny koszt netto takiej operacji wyniósłby 116 miliardów USD. Tyle musiałby obecnie świat zapłacić, by już teraz zrezygnować z generowania energii elektrycznej z węgla. Jednak koszt ten błyskawicznie by się obniżał. W roku 2022 zmiana taka nic by nie kosztowała (to znaczy koszty i oszczędności by się zrównoważyły), a w roku 2025 odnieślibyśmy korzyści finansowe przekraczające 100 miliardów dolarów w skali globu.
      W Unii Europejskiej już w tej chwili nieopłacalnych jest 81% elektrowni węglowych. Innymi słowy, elektrownie te przeżywałyby kłopoty finansowe, gdyby nie otrzymywały dotacji z budżetu. Do roku 2025 wszystkie europejskie elektrownie węglowe będą przynosiły straty. W Chinach nieopłacalnych jest 43% elektrowni węglowych, a w ciągu najbliższych 5 lat nieopłacalnych będzie 94% elektrowni węglowych. W Indiach zaś trzeba dopłacać obecnie do 17% elektrowni, a w roku 2025 nieopłacalnych będzie 85% elektrowni.
      Co ważne, w swoich wyliczeniach dotyczących opłacalności elektrowni węglowych analitycy nie brali pod uwagę zdrowotnych i środowiskowych kosztów spalania węgla.
      Energia węglowa szybko staje się nieopłacalna i to nie uwzględniając kosztów związanych z prawem do emisji i regulacjami odnośnie zanieczyszczeń powietrza. Zamknięcie elektrowni węglowych i zastąpienie ich tańszymi alternatywami nie tylko pozwoli zaoszczędzić pieniądze konsumentów i podatników, ale może też odegrać znaczną rolę w wychodzeniu gospodarki z kryzysu po pandemii, mówi Matt Gray stojący na czele Carbon Tracker Initiative.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zespół naukowy prowadzony przez profesor Lindy Elkins-Tanton z Arizona State University zdobył pierwszy dowód na to, że intensywne palenie się węgla na Syberii mogło być główną przyczyną największego wymierania w historii Ziemi – wymierania permskiego. Wyniki badań opublikowano na łamach pisma Geology.
      Naukowcy skupili się na badaniach skał wulkanicznych w syberyjskich trapach. Trapy te to największe na Ziemi pokrywy lawowe. Powstały one w wyniku jednego z najbardziej intensywnych okresów erupcji wulkanicznych z ostatnich 500 milionów lat. Erupcje trwały przez niemal 2 miliony lat i wyznaczyły granicę pomiędzy permem a triasem. Trapy syberyjskie pokrywają obecnie 2 miliony kilometrów kwadratowych, a ich miąższość sięga 3700 metrów. Pierwotnie trapy mogły pokrywać nawet 7 milionów km2.
      Do powstania trapów doszło około 252 miliony lat temu, a w wyniku erupcji, które je utworzyły, zginęło nawet 96% gatunków morskich i do 70% lądowych kręgowców. Obliczenia dotyczące temperatury oceanów wskazują, że w szczytowym okresie wymierania na Ziemi doszło do śmiercionośnego ocieplenia klimatu, a temperatura wody w oceanach na równiku sięgnęła 40 stopni Celsjusza. Po takiej katastrofie ekosystem odradzał się przez miliony lat.
      Jedna z obecnie obowiązujących hipotez mówi, że globalne ocieplenie zostało spowodowane przez zapłon olbrzymich pokładów węgla. Elkins-Tanton i jej zespół postanowili poszukać potwierdzenia tej hipotezy właśnie w trapach syberyjskich. W jednym z artykułów naukowych trafili na informację o istnieniu wypiętrzeń trapów w okolicach rzeki Angara. Naukowcy udali się więc w tamten region. Znaleźliśmy rzeczne klify składające się wyłącznie ze skał wulkanicznych. Otaczały one brzegi rzeki na długości setek kilometrów. Z geologicznego punktu widzenie to coś wyjątkowego, mówi Elkins-Tanton.
      Naukowcy wracali na Syberię przez sześć kolejnych lat. W czasie swoich badań zebrali około 500 kilogramów skał, które zostały poddane analizie przez zespół 30 uczonych z 8 krajów. Badania wykazały, że w skałach znajdują się ślady spalonego drewna oraz węgla. Elkins-Tanton poprosiła o pomoc Steve'a Grasby'ego z Geological Survey of Canada, który wcześniej znalazł podobne ślady w skałach zebranych na arktycznej kanadyjskiej wyspie. Okazało się, że ślady z trapów syberyjskich są bardzo podobne do tych z Kanady i pochodzą z tego samego okresu.
      Nasze badania wykazały, że magma trapów syberyjskich zawiera w sobie węgiel i materiał organiczny. To bezpośredni dowód, że podczas erupcji magmy doszło do spalenia olbrzymich ilości węgla i materiału organicznego, stwierdza Elkins-Tanton.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Microsoft oznajmił, że ma zamiar nie tylko zredukować zredukować emisję węgla związaną ze swoją działalnością, ale usunie z atmosfery węgiel, który wyemitował w całej swojej historii. Koncern wyznaczył sobie dwa ambitne terminy. Do roku 2030 firma chce tk zmienić sposób swojego działania, że będzie więcej węgla wycofywała z atmosfery niż go emitowała, a do roku 2050 ma zamiar wycofać z atmosfery cały węgiel, jaki w związku z prowadzoną przez siebie działalnością wyemitowała od swojego powstania w 1975 roku. To zdecydowane przebicie zapowiedzi Amazona, który obiecał, że do roku 2040 stanie się firmą neutralną pod względem emisji węgla.
      "Podczas gdy cały świat potrzebuje zredukować emisję netto do zera, ci z nas, których stać na szybsze i bardziej ambitne działanie, powinni to zrobić. Dlatego dzisiaj ogłaszamy nowy plan zredukowania, a docelowo usunięcia z atmosfery, całej emisji powodowanej przez Microsoft", oświadczył prezes Brad Smith.
      Koncern oznajmił, że do 2030 roku o ponad połowę zmniejszy zarówno swoją własną emisję jak i całego swojego łańcucha dostaw. Koncern pomoże swoim dostawcom i innym partnerom w redukcji ich śladu węglowego, przeznaczy też miliard dolarów na rozwój technologii związanych z redukcją emisji węgla, jego przechwytywaniem i usuwaniem z atmosfery. Od przyszłego zaś roku będzie wymagał od swoich nowych partnerów, by wdrażali politykę redukcji emisji. Firma zapowiedziała też, że co roku będzie publikowała Environmental Sustainability Report, w którym szczegółowo przedstawi poziom swojej emisji i działania zmierzające do jej zmniejszenia.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...