Για πρώτη φορά, οι ερευνητές κατέγραψαν βίντεο νανοκλίμακας με άτομα υδρογόνου και οξυγόνου που συνδυάζονται σε νερό από «λεπτό αέρα», χάρη σε έναν σπάνιο μεταλλικό καταλύτη. Η εξαιρετικά αποτελεσματική αντίδραση, η οποία θα μπορούσε μια μέρα να βοηθήσει τους αστροναύτες να κάνουν νερό στο διάστημα, παρήγαγε επίσης τη μικρότερη φυσαλίδα νερού που έχει δει ποτέ, λένε οι ερευνητές.
Το βίντεο ήταν μέρος μιας νέας μελέτης, που δημοσιεύτηκε στις 27 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό PNAS, στην οποία οι ερευνητές δοκίμασαν πώς το παλλάδιο καταλύει μια αντίδραση μεταξύ αερίων υδρογόνου και οξυγόνου για να δημιουργήσει νερό σε τυπικές εργαστηριακές συνθήκες. Η ομάδα μελέτησε αυτή την αντίδραση με έναν νέο τύπο συσκευής παρακολούθησης που κατέγραψε τη διαδικασία με εξαιρετική λεπτομέρεια.
“Πιστεύουμε ότι μπορεί να είναι η μικρότερη φούσκα που έχει σχηματιστεί ποτέ που έχει παρατηρηθεί απευθείας”, δήλωσε σε μια δήλωσή του, ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Yukun Liu, επιστήμονας υλικών στο Northwestern University στο Ιλινόις. «Ευτυχώς, το κατγράψαμε, ώστε να αποδείξουμε σε άλλους ότι δεν ήμασταν τρελοί».
Η ομάδα προκάλεσε την αντίδραση χρησιμοποιώντας μια ειδική εξαιρετικά λεπτή υαλώδη μεμβράνη που συγκρατεί μόρια αερίου μέσα σε θαλάμους «νανοαντιδραστήρα» σε σχήμα κηρήθρας. Αυτό σημαίνει ότι οι δοκιμές μπορούν να προβληθούν σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικά μικροσκόπια, επιτρέποντας στους ερευνητές να μάθουν περισσότερα για το πώς λειτουργεί η αντίδραση.
Ερευνητές από το Πειραματικό Κέντρο Ατομικής και Νανοκλίμακας Χαρακτηρισμού του Πανεπιστημίου Northwestern (NUANCE) πρωτοστάτησαν σε αυτή τη νέα τεχνική σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε τον Ιανουάριο.
Οι ερευνητές γνώριζαν από το 1900 ότι το παλλάδιο, ένα ασημί-λευκό σπάνιο μέταλλο παρόμοιο σε εμφάνιση με την πλατίνα, μπορεί να καταλύσει μια ξηρή αντίδραση μεταξύ υδρογόνου και οξυγόνου, έγραψαν οι ερευνητές. Ωστόσο, μέχρι τώρα, δεν ήταν σαφές πώς ακριβώς λειτούργησε η αντίδραση.
Η νέα μελέτη αποκάλυψε ότι τα αέρια άτομα συμπιέζονται πρώτα μεταξύ των ατόμων παλλαδίου, τα οποία είναι διατεταγμένα σε ένα τετράγωνο πλέγμα. Αυτό διευρύνει το πλέγμα και επιτρέπει να σχηματιστούν σταγονίδια νερού στην επιφάνεια του καταλύτη. Η ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι η διαδικασία μπορεί να επιταχυνθεί προσθέτοντας πρώτα άτομα υδρογόνου στο παλλάδιο, επειδή είναι μικρότερα από τα άτομα οξυγόνου. Αυτό επιτρέπει στο πλέγμα του παλλαδίου να διαστέλλεται πριν προστεθεί το οξυγόνο, δημιουργώντας μεγαλύτερα κενά ώστε τα μεγαλύτερα άτομα να χωρούν πιο εύκολα μέσα.
Η ομάδα πιστεύει ότι μια κλιμακούμενη έκδοση της αντίδρασης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία νερού για αστροναύτες στο διάστημα ή σε αποικίες σε άλλους πλανήτες. Οι ερευνητές το συνέκριναν με μια σκηνή από την ταινία επιστημονικής φαντασίας «The Martian» με πρωταγωνιστή τον Ματ Ντέιμον, στην οποία ένας εγκλωβισμένος αστροναύτης φτιάχνει νερό στον Άρη καίγοντας καύσιμο πυραύλων και συνδυάζοντάς το με οξυγόνο από το κοστούμι του.
“Η διαδικασία μας είναι ανάλογη, εκτός από το ότι παρακάμπτουμε την ανάγκη για πυρκαγιά και άλλες ακραίες συνθήκες”, δήλωσε στη δήλωση ο συν-συγγραφέας της μελέτης Vinayak Dravid, διευθυντής του Κέντρου NUANCE. «Απλώς αναμείξαμε παλλάδιο και αέρια μαζί».
Το παλλάδιο είναι ένα ακριβό και σπάνιο υλικό. Αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό επειδή μπορεί να καταλύσει πολλές άλλες χημικές αντιδράσεις και χρησιμοποιείται σε ένα ευρύ φάσμα τεχνολογιών. Ως αποτέλεσμα, η δημιουργία μιας συσκευής παραγωγής νερού για τους αστροναύτες θα μπορούσε να είναι εξαιρετικά δαπανηρή.
Ωστόσο, οι ερευνητές υποστήριξαν ότι θα άξιζε το κόστος μακροπρόθεσμα.
«Το παλλάδιο μπορεί να φαίνεται ακριβό, αλλά είναι ανακυκλώσιμο», είπε ο Liu. “Η διαδικασία μας δεν το καταναλώνει. Το μόνο που καταναλώνεται είναι αέριο και το υδρογόνο είναι το πιο άφθονο αέριο στο σύμπαν.”
Κάντε εγγραφή στο ενημερωτικό μας δελτίο.
