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De nouveaux catalyseurs pourraient être la clé de l’économie de l’hydrogène

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De nouveaux catalyseurs pourraient être la clé de l’économie de l’hydrogène

Les catalyseurs à base de métaux du groupe du platine sont au centre des préoccupations de l’industrie chimique depuis des décennies. Un groupe de université de PrincetonCentre Andlinger pour l’énergie et l’environnement de Syzygy Plasmonics Inc. Le laboratoire de nanophotonique de l’Université Rice a mis au point un catalyseur évolutif qui ne nécessite que de la lumière pour convertir l’ammoniac en hydrogène à combustion propre.

Le nouveau catalyseur divise ces molécules en azote gazeux, qui en constitue la majeure partie l’atmosphère terrestreLe gaz hydrogène est un combustible à combustion propre. De plus, il ne nécessite pas de chaleur comme le font les catalyseurs conventionnels. Au lieu de cela, il tire son énergie de sources lumineuses, telles que la lumière du soleil ou des lampes LED écoénergétiques.

Les fabricants de produits chimiques ont profité du fait que la température accélère généralement les réactions chimiques en gérant la chaleur à l’échelle industrielle depuis plus d’un siècle. Lorsque vous laissez une grande empreinte carbone Combustibles fossiles Ils sont brûlés pour élever la température d’énormes réacteurs de centaines ou de milliers de degrés. Les catalyseurs thermiques sont des substances qui ne réagissent pas mais accélèrent les processus lorsqu’ils sont chauffés à des températures élevées, et les fabricants de produits chimiques y dépensent des milliards de dollars par an.

Naomi Halas, co-auteur de l’étude chez Rice, a déclaré : « métaux de transition Comme le fer, ce sont généralement de mauvais catalyseurs thermiques. Ce travail montre qu’ils peuvent être des photocatalyseurs efficaces. Cela montre que la photocatalyse peut fonctionner efficacement avec des sources de photons LED peu coûteuses. »

« Cette découverte ouvre la voie à un hydrogène durable et peu coûteux qui peut être produit localement plutôt que dans d’énormes usines centralisées. »

Platine D’autres métaux précieux étroitement apparentés tels que le palladium, le rhodium et le ruthénium sont utilisés pour fabriquer les meilleurs catalyseurs thermiques. Halas et Nordlander ont passé des années à créer des nanoparticules métalliques plasmoniques ou optiques. Les meilleurs sont souvent créés à partir de métaux précieux tels que l’or et l’argent.

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Halas, Nordlander et leurs étudiants et collaborateurs travaillent depuis des années pour trouver des alternatives aux métaux non précieux pour la récupération d’énergie et la demi-accélération de réaction pour les réacteurs d’antenne. La nouvelle étude est l’aboutissement de ce travail. Dans ce document, Halas, Nordlander, l’ancien élève de Rice Hossein Robatjazi, l’ingénieur et physico-chimiste de Princeton Emily Carter et d’autres montrent que les particules de réacteurs aérospatiaux en cuivre-fer sont très efficaces pour convertir l’ammoniac. Le cuivre, un morceau de particule collectrice d’énergie, capte l’énergie de la lumière visible.

rupatjazzi a dit, « En l’absence de lumière, le catalyseur cuivre-fer a montré environ 300 fois moins de réactivité que les catalyseurs cuivre-ruthénium, ce qui n’est pas surprenant étant donné que le ruthénium est un meilleur catalyseur thermique pour cette réaction. Sous illumination, le fer-cuivre a montré une réactivité similaire et efficacités et activités comparables au cuivre-ruthénium.

La technologie de réacteur d’antenne de Rice a été autorisée par Syzygy, et l’étude comprenait des tests approfondis de catalyseurs dans les réacteurs alimentés par LED disponibles dans le commerce de la société. Lors d’essais en laboratoire à Rice, les catalyseurs cuivre-fer ont été illuminés par un laser. Les tests Syzygy ont montré que les catalyseurs conservaient leur efficacité sous éclairage LED et à une échelle 500 fois supérieure à celle du laboratoire.

Hills a dit, « Il s’agit du premier rapport dans la littérature scientifique montrant que la photocatalyse LED peut produire des quantités d’hydrogène à l’échelle du gramme à partir d’ammoniac. Cela ouvre la porte à la substitution complète des métaux précieux dans la photocatalyse plasmonique. »

Charretier ajoutéeEt le En raison de sa capacité à réduire considérablement le secteur chimique émission de dioxyde de carbone, les photocatalyseurs pour le réacteur air-plasmonique méritent une étude plus approfondie. « Ces découvertes sont une grande source de motivation. Elles suggèrent qu’il est probable que des combinaisons d’autres métaux abondants puissent être utilisées comme catalyseurs rentables pour un large éventail de réactions chimiques. »

Référence de la revue :

  1. Yogao Yuan et al. Photocatalyseur abondant en terre pour la génération de H2 à partir de NH3 avec éclairage par diode électroluminescente. les sciences. EST CE QUE JE: 10.1126/science.abn5
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Une éruption solaire massive éclate quelques jours après qu’une intense tempête ait créé les aurores boréales.

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Une éruption solaire massive éclate quelques jours après qu’une intense tempête ait créé les aurores boréales.

Une autre énorme éruption solaire a explosé quelques jours après la dernière éruption, provoquant des expositions époustouflantes d’aurores boréales à travers le Royaume-Uni et les États-Unis – mais ne vous attendez pas à une autre exposition époustouflante.

Cette dernière éruption est plus puissante que l’explosion du week-end et constitue la plus importante depuis près de deux décennies.

Cette éruption est beaucoup plus grande, mais la placer face au soleil en réduit l’effet.Crédit : NOAA
Une tempête solaire majeure au cours du week-end a donné lieu à des expositions éblouissantes d’aurores boréales à travers le Royaume-Uni et les États-Unis.Crédit : PA

De graves tempêtes solaires peuvent perturber les satellites GPS, les réseaux électriques, les appareils électroniques, y compris les téléphones portables, et Internet.

Le résultat le moins destructeur et le plus délicieux est l’éblouissante aurore boréale verte et violette, connue sous le nom d’aurores boréales.

Mais cette nouvelle éruption ne devrait pas provoquer de chaos, et il est peu probable que de la lumière apparaisse non plus.

Le pire des cas est une perte temporaire des signaux radio, selon la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

La Terre a échappé à la ligne de mire lorsque l’éruption a éclaté sur une partie du Soleil en orbite loin de nous.

L’Administration nationale des océans et de l’atmosphère (NOAA) a émis une alerte indiquant que le soleil n’est « pas encore en plein soleil ».

La dernière fusée éclairante a été classée par les experts comme X8.7, plus forte que la fusée X2.2 du week-end.

Il s’agit du plus grand cycle solaire actuel de 11 ans.

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« Compte tenu de son emplacement, toute éjection de masse coronale associée à cette éruption n’aurait probablement aucun effet géomagnétique sur Terre », a expliqué la NOAA.

Mais Brian Brasher, de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), a déclaré à l’AP que la lueur pourrait être plus forte lorsque les scientifiques collectent des données provenant d’autres sources.

Les Britanniques de tout le pays ont pu profiter d’une vue éblouissante sur les aurores boréales grâce à la tempête solaire.

Pendant ce temps, le Met Office britannique a déclaré : « Toutes les vues seront probablement limitées aux hautes latitudes » avec « seulement une faible chance de s’étendre aussi loin au sud que l’Écosse ou des latitudes similaires ».

Le Soleil approche du sommet de son cycle de 11 ans, créant de puissantes explosions d’énergie et de matière qui sont libérées très rapidement et pourraient heurter le champ magnétique terrestre.

Aucune perturbation majeure n’est attendue cette fois

Qu’est-ce que les aurores boréales ?

Les aurores boréales se produisent lorsque des particules chargées entrent en collision avec des gaz présents dans l’atmosphère terrestre autour des pôles magnétiques.

Dans l’hémisphère Nord, la majeure partie de cette activité se produit dans une bande connue sous le nom d’ovale d’aurore, couvrant des latitudes comprises entre 60 et 75 degrés.

Lorsque l’activité est forte, elle s’étend pour couvrir une zone plus vaste – ce qui explique pourquoi les expositions peuvent parfois être vues aussi loin au sud que le Royaume-Uni.

La visibilité des aurores boréales a augmenté vendredi en raison d’une « forte » tempête géomagnétique, selon l’Administration nationale américaine des océans et de l’atmosphère (NOAA).

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Ce phénomène apparaît sous la forme de magnifiques bandes de lumière vertes et violettes dansantes, qui captivent les gens depuis des milliers d’années.

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Des scientifiques irlandais développent un système capable de prouver l’existence de la vie sur Mars

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Des scientifiques irlandais développent un système capable de prouver l’existence de la vie sur Mars

Les scientifiques de la Dublin City University (DCU) estiment que notre planète a 4,5 milliards d’années et que les premiers signes de vie ici – créés par des organismes microscopiques – se trouvaient dans des roches anciennes, il y a 3,7 milliards d’années.

Le professeur Sean Jordan, de la DCU, a déclaré : « Le problème avec les estimations des premières formes de vie est que les caractéristiques créées par ces premiers organismes, qui ont laissé des empreintes physiques dans ces roches anciennes, pourraient, je pense, avoir été créées par un autre processus qui ne le fait pas. pas « . Cela n’implique aucune forme de vie.

Le Dr Jordan, dont les recherches viennent d’être publiées dans la revue scientifique, a ajouté : « Les recherches que nous menons à la DCU pourraient fournir une bien meilleure façon de répondre à cette question importante avec plus de certitude. » Communications Terre et Environnement.

La NASA prévoit une mission de retour d’échantillons sur Mars dans les années 2030.

Cela impliquera de renvoyer des échantillons de roches et de poussières sur Terre pour analyse. À ce stade, il sera crucial pour la science de disposer d’une méthode éprouvée et fiable pour identifier les premiers signes de vie dans les spécimens anciens.

Le Dr Jordan a déclaré : « Nous devons de toute urgence développer une méthode scientifique éprouvée pour identifier les premiers signes de vie dans les roches anciennes, et c’était l’objet de cette nouvelle recherche. » « Actuellement, lorsque nous observons de petites structures microscopiques dans des roches anciennes, nous ne pouvons pas être sûrs si elles ont été formées par des organismes vivants primitifs ou par un processus non vivant.

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« Ce processus non vivant peut être le signe de structures chimiques qui conduisent à l’origine de la vie.

« Je développe des méthodes qui nous permettront d’étudier exactement cela. C’est important car cela permettra aux scientifiques d’identifier les premiers signes de vie sur Terre et peut-être sur d’autres planètes. »

Mars a déjà été décrite comme un désert aride, où les températures descendent jusqu’à -153°C en hiver et où l’atmosphère ne représente que 1 % de la densité terrestre, composée principalement de dioxyde de carbone.

Au cours du premier milliard d’années, les océans et les mers étaient protégés par une épaisse couche d’air.

Cependant, son champ magnétique s’est fermé, permettant au vent solaire d’emporter l’atmosphère et l’eau et de disparaître dans l’espace.

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Des chercheurs démontrent les transformations induites par laser du plasma solide en plasma ultrarapide

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Des chercheurs démontrent les transformations induites par laser du plasma solide en plasma ultrarapide

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Une technique de sonde à tir unique et une approche de modélisation détectent la transition ultrarapide du solide au plasma induite par le laser. Crédit : Transred

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Une technique de sonde à tir unique et une approche de modélisation détectent la transition ultrarapide du solide au plasma induite par le laser. Crédit : Transred

L’interaction de matériaux solides avec des impulsions laser très courtes et de haute intensité a permis des avancées technologiques majeures au cours du dernier demi-siècle. D’une part, l’ablation laser de matériaux solides permet une fabrication précise et une miniaturisation d’éléments dans des dispositifs médicaux ou de communication. D’un autre côté, les faisceaux d’ions accélérés provenant de matériaux solides utilisant des lasers intenses pourraient ouvrir la voie à de nouvelles opportunités de traitement du cancer grâce à la protonthérapie laser, à la recherche sur l’énergie de fusion et à l’analyse du patrimoine culturel.

Cependant, il reste encore des défis à relever pour pousser les performances d’ablation laser à l’échelle nanométrique et parvenir à une accélération ionique pilotée par laser dans l’industrie et à des fins médicales.

Lors de l’interaction d’une impulsion laser ultracourte avec une cible solide, cette dernière évolue vers un état ionisé ou plasma dans un laps de temps très court (moins d’une picoseconde). [ps]), où se produisent de nombreux processus physiques complexes et couplés, alors que l’interaction entre eux n’est pas encore entièrement comprise.

En raison du développement de la cible ultrarapide, l’étape initiale de la réaction, c’est-à-dire la formation du plasma, est difficile à atteindre expérimentalement. Par conséquent, cette transition ultrarapide du solide au plasma, qui définit les conditions initiales des processus ultérieurs tels que l’ablation ou l’accélération des particules, a jusqu’à présent été abordée par des hypothèses approximatives dans la plupart des modèles numériques décrivant une telle interaction.

En neuf papier Publié dans Lumière : science et applications, une équipe internationale de scientifiques, dont Yasmina Azzammoum et Malti C. Kaluza de l’Institut Helmholtz de Jena et de l’Université Friedrich Schiller de Jena, Allemagne, Stefan Skupin de l’Institut Lumière-Matier, France, et Guillaume Duchateau de la Commission de l’énergie. atomique (CEA-Cesta), France et ses co-auteurs ont franchi une étape importante en élucidant la transformation ultrarapide induite par laser du solide au plasma et en fournissant une compréhension approfondie de l’interaction des processus sous-jacents.

Il offre une technologie avancée d’inspection optique mono-coup qui permet une vue complète de la dynamique de la cible, depuis les solides froids passant par la phase d’ionisation jusqu’aux plasmas extrêmement denses. Ceci est réalisé en utilisant une impulsion de sonde laser avec un spectre optique à large bande qui éclaire l’interaction de l’impulsion de pompe avec des flocons de carbone de type diamant d’une épaisseur nanométrique. Différentes couleurs de l’impulsion de la sonde arrivent à différents moments d’interaction en raison du gazouillis temporel.

Par conséquent, l’évolution de l’état cible codé dans la lumière de sonde transmise peut être capturée avec une seule impulsion de sonde. Cette technique d’inspection ponctuelle est avantageuse par rapport aux méthodes pompe-sonde traditionnelles, où le processus étudié doit être reproduit à l’identique par la pompe pour chaque délai de sonde. Ceci est particulièrement important lors de l’utilisation de systèmes laser haute puissance, qui souffrent souvent de fortes fluctuations entre les impulsions.

En outre, les scientifiques ont démontré que pour l’interprétation correcte des profils de transport de sonde mesurés, une description précise de la transition précoce solide-plasma est cruciale. Un modèle de réaction en deux étapes est développé, la première étape considérant la dynamique d’ionisation de la cible à l’état solide et la deuxième étape considérant la cible à l’état plasma.

Une évolution détaillée de l’état cible à haute résolution temporelle et spatiale (respectivement sub-ps et nm) est fournie, ainsi qu’un aperçu sans précédent de l’interaction entre les processus fondamentaux tels que la dynamique d’ionisation, les collisions de particules et l’expansion hydrodynamique du plasma.

Les résultats et l’interprétation de cette nouvelle technique de criblage devraient contribuer à une compréhension plus approfondie de la dynamique des différentes cibles et à une meilleure compréhension des processus physiques sous-jacents. Ces avancées contribueront probablement à aller au-delà des méthodes traditionnelles de traitement des matériaux par laser ultrarapide et à rendre les technologies ioniques accélérées par laser utilisables dans des applications sociétales.

Plus d’information:
Yasmina Azzam et al., Examen optique des transitions de plasma solide à plasma hyper-densité induites par des lasers ultrarapides, Lumière : science et applications (2024). est ce que je: 10.1038/s41377-024-01444-j

Informations sur les magazines :
Lumière : science et applications


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