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Les rayons X révèlent des changements de composition sur la surface active dans des conditions de réaction – ScienceDaily

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Une équipe de recherche dirigée par DESY utilise des rayons X à haute intensité pour observer une seule nanoparticule catalytique en action. L’expérience a révélé pour la première fois comment la composition chimique de la surface d’une nanoparticule individuelle change dans les conditions de réaction, la rendant plus active. L’équipe dirigée par Andreas Stierle de DESY présente ses découvertes dans la revue Science Advances. Cette étude représente une étape importante vers une meilleure compréhension des matériaux catalytiques synthétiques réels.

Les catalyseurs sont des substances qui améliorent les réactions chimiques sans être consommées par elles-mêmes. Aujourd’hui, les catalyseurs sont utilisés dans de nombreux procédés industriels, de la production d’engrais à la fabrication de plastiques. Pour cette raison, les catalyseurs sont d’une grande importance économique. Un exemple très connu est le pot catalytique installé dans les systèmes d’échappement des automobiles. Il contient des métaux précieux tels que le platine, le rhodium et le palladium, qui permettent de convertir le monoxyde de carbone (CO) hautement toxique en dioxyde de carbone (CO2) et de réduire la quantité d’oxydes d’azote (NOx) nocifs.

« Malgré leur utilisation généralisée et leur grande importance, nous ne connaissons toujours pas beaucoup de détails importants sur le fonctionnement des différents catalyseurs », explique Stierle, président de DESY NanoLab. « C’est pourquoi nous avons longtemps voulu étudier les vrais déclencheurs pendant le fonctionnement. » Ce n’est pas facile, car afin de rendre la surface active la plus grande possible, les catalyseurs sont généralement utilisés sous forme de petites nanoparticules, et des changements qui affectent leur activité se produisent à leur surface.

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Contrainte de surface liée à la composition chimique

Dans le cadre du projet European Union Foundries Nanoscience and Microanalysis (NFFA), l’équipe DESY NanoLab a développé une technique permettant de classer et donc d’identifier des nanoparticules individuelles dans un échantillon. « Pour l’étude, nous avons cultivé des nanoparticules d’alliage de platine-rhodium sur un substrat en laboratoire et marqué une seule particule spécifique », explique le co-auteur Thomas Keeler de DESY NanoLab et responsable du projet à DESY. « La particule marquée a un diamètre d’environ 100 nanomètres, ce qui est similaire aux particules utilisées dans le convertisseur catalytique d’une voiture. » Un nanomètre est un millionième de millimètre.

À l’aide des rayons X de l’installation européenne de rayonnement synchrotron ESRF à Grenoble, en France, l’équipe n’a pas seulement été en mesure de créer une image détaillée des nanoparticules ; Il a également mesuré la pression mécanique à l’intérieur de sa surface. « La contrainte de surface est liée à la composition de la surface, en particulier le rapport des atomes de platine aux atomes de rhodium », explique le co-auteur Philip Plesso du Karlsruhe Institute of Technology (KIT), dont le groupe a calculé la contrainte en fonction de la formation de la surface. En comparant la déformation en fonction des faces observées et calculées, des conclusions peuvent être tirées concernant la composition chimique à la surface des particules. Les différentes surfaces des nanoparticules sont appelées facettes, tout comme les côtés d’une pierre précieuse taillée.

Lorsque la nanoparticule croît, sa surface est principalement constituée d’atomes de platine, car cette configuration est fortement préférée. Cependant, les scientifiques ont étudié la forme de la particule et sa déformation de surface dans diverses conditions, y compris les conditions de fonctionnement du convertisseur autocatalytique. Pour ce faire, ils ont chauffé la particule à environ 430 degrés Celsius et ont permis aux molécules de monoxyde de carbone et d’oxygène de la traverser. « Dans ces conditions de réaction, le rhodium à l’intérieur de la particule devient mobile et migre vers la surface car il réagit plus fortement avec l’oxygène que le platine », explique Pleso. Ceci est également prédit par la théorie.

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« En conséquence, la contrainte de surface et la forme des particules changent », explique le co-auteur Ivan Vartanianets, de DESY, dont l’équipe a transformé les données de diffraction des rayons X en images spatiales 3D. « L’enrichissement à base de rhodium est effectué sur les faces, où des coins et des bords supplémentaires sont formés. » La composition chimique de la surface ainsi que la forme et la taille des particules affectent grandement leur fonction et leur efficacité. Cependant, les scientifiques commencent tout juste à comprendre exactement comment ils sont liés et comment contrôler la structure et la composition des nanoparticules. Les rayons X permettent aux chercheurs de détecter des changements de moins de 0,1 pour mille dans la souche, ce qui dans cette expérience correspond à une résolution d’environ 0,0003 nanomètres (0,3 picomètres).

Une étape critique vers l’analyse des matériaux de catalyseur industriel

« Nous pouvons maintenant, pour la première fois, observer en détail les changements structurels de ces nanoparticules catalysées pendant le fonctionnement », explique Stierle, scientifique en chef à DESY et professeur de nanosciences à l’Université de Hambourg. « C’est un énorme pas en avant et nous aide à comprendre toute une classe d’interactions qui utilisent des nanoparticules alliées. » Les scientifiques de KIT et DESY veulent maintenant explorer cela systématiquement dans le nouveau Centre de recherche collaboratif 1441, financé par la Fondation allemande pour la recherche (DFG) intitulé « Suivi des sites actifs dans la catalyse hétérogène de contrôle des émissions (TrackAct) ».

Stierle note que « notre enquête est une étape importante vers l’analyse des matériaux catalytiques synthétiques. » Jusqu’à présent, les scientifiques devaient développer des systèmes modèles en laboratoire pour effectuer de telles investigations. « Dans cette étude, nous avons atteint la limite de ce qui peut être fait. Avec le microscope à rayons X PETRA IV prévu par DESY, nous serons en mesure d’examiner des particules individuelles dix fois plus petites dans de vrais catalyseurs et dans des conditions de réaction. »

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L’équipe de propulsion de White Sands teste un composant du moteur Orion imprimé en 3D

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L’équipe de propulsion de White Sands teste un composant du moteur Orion imprimé en 3D

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Essai routier de l’injecteur du moteur principal Orion. Crédit : NASA

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Essai routier de l’injecteur du moteur principal Orion. Crédit : NASA

Lorsque le vaisseau spatial Orion transportera les premiers équipages Artemis vers la Lune et retour, il s’appuiera sur le module de service européen fourni par l’ESA (Agence spatiale européenne) pour effectuer le voyage. Le module de service assure la production d’énergie électrique, la propulsion, le contrôle de la température et le stockage des consommables pour Orion, jusqu’au moment où il se sépare du module d’équipage avant de rentrer dans l’atmosphère terrestre.

Pour les six premières missions Artemis – Artemis 1 à Artemis 6 – la NASA et l’ESA utiliseront un moteur Orbiter Maneuvering System (OMS) remis à neuf du programme de la navette spatiale comme moteur principal du module de service européen. Après Artemis VI, la NASA aura besoin d’un nouveau moteur pour prendre en charge Orion.

Ce besoin sera satisfait par le moteur principal Orion (OME) en cours de développement avec Aerojet Rocketdyne (maintenant connu sous le nom de L3 Harris), mais avant que le moteur principal Orion puisse voler, tous ses composants doivent être minutieusement testés.

Entrez dans le bureau d’essais de propulsion du centre d’essais de White Sands de la NASA. De novembre 2023 à janvier 2024, cette équipe a mené des tests rigoureux sur un composant essentiel de l’OME : l’injecteur qui fournit le propulseur pour démarrer le moteur et fournit la poussée nécessaire pour ramener Orion de la Lune.

Les tests ont été menés sur le banc d’essai 301A dans la zone de propulsion 300 à White Sands. L’injecteur a été monté sur un moteur d’essai et a tiré plusieurs fois pendant trois secondes chacune, pour un total de 21 tests. À chaque test, l’équipe de White Sands a cherché à démontrer la capacité de l’injecteur OME à maintenir une combustion constante et contrôlée et à revenir à des opérations normales si le processus de combustion est artificiellement perturbé.

Plusieurs membres de l’équipe de White Sands ont participé à cet effort. James Hess, chef de projet et directeur des opérations, a veillé à ce que les tests soient réalisés en toute sécurité et avec succès en supervisant les opérations et en s’assurant que les exigences des tests étaient respectées. James Mahoney a géré le calendrier et le budget des tests en tant que chef de projet, tandis que Jordan Addai a dirigé les opérations et les tests proprement dits.

D’autres rôles clés incluent l’ingénieur électricien principal Sal Muniz et l’ingénieur en instrumentation Jesus Lujan Martino. Sean D’Souza d’Aerojet Rocketdyne a servi de responsable des articles de test, garantissant que l’injecteur fonctionnait comme prévu et répondait aux exigences du scénario de test. Un soutien supplémentaire a été fourni par les membres de l’équipe du programme OME du Johnson Space Center et du Glenn Research Center de la NASA.

Les résultats ont confirmé que l’injecteur OME pouvait maintenir une combustion stable et l’équipe a déterminé que les tests étaient réussis. Un aspect unique de l’injecteur OME est qu’il est fabriqué selon un processus de fabrication additive appelé fabrication laser sélective – essentiellement une impression 3D utilisant des poudres métalliques au lieu de plastique. Démontrer l’efficacité des composants imprimés en 3D peut aider la NASA et ses partenaires à réduire les coûts et à accroître l’efficacité des processus de développement.

La conception de l’injecteur sera désormais intégrée dans l’OME complet qui sera testé en tant qu’ensemble moteur complet à White Sands une fois prêt.

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Dernière chance de briller pour les astrophotographes en herbe de Dublin

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Dernière chance de briller pour les astrophotographes en herbe de Dublin

Les passionnés de photographie et d’astronomie de Dublin ont une dernière chance de soumettre leurs candidatures pour l’astrophotographie « Reaching for the Stars », avant la date limite du vendredi 10 mai.

Le concours, organisé par le Dublin Institute for Advanced Study (DIAS), recherche les meilleures images astronomiques prises en Irlande entre le 28 avril 2023 et le 10 mai 2024.

Commentant l’approche de la date limite, le Dr Eucharia Meehan, PDG et registraire de DIAS, a déclaré : « La date limite de 2024 approche à grands pas et nous sommes ravis de voir les candidatures arriver.

« L’ajout d’une nouvelle catégorie cette année, appelant à des candidatures prises sur smartphone, est une excellente opportunité et j’encourage toute personne à Dublin qui s’intéresse à l’astronomie et au ciel nocturne à sortir et à s’impliquer.

« Vous n’avez pas besoin d’être un photographe professionnel pour apprécier notre ciel nocturne, ni de posséder un télescope. Nous vous demandons simplement de suivre attentivement les directives du concours pour vous assurer que vos photos répondent aux critères.

« J’encouragerais vraiment les habitants de Dublin à sortir avec leur appareil photo ou leur téléphone au cours de la semaine prochaine, avant la date de clôture. »

Détails du concours

Les candidatures au concours « Reach for the Stars » seront jugées par le professeur Peter Gallagher, chef du département d’astrophysique du DIAS, aux côtés de Brenda Fitzsimmons, rédactrice photo au Irish Times ; John Flannery, vice-président de la Société irlandaise d’astronomie ; et Niamh Breathnach, directrice des relations publiques d’Alice.

Les participants peuvent soumettre jusqu’à deux photos par catégorie au concours. La date limite de candidature est le vendredi 10 mai 2024 à 17 heures. Les candidatures peuvent être soumises dans cinq catégories différentes.

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  1. Hors de ce monde – Planètes : Images de planètes, du soleil et de la lune.
  1. Hors de ce monde – Ciel profond : images d’objets célestes situés au-delà de notre système solaire, tels que des nébuleuses, des amas d’étoiles et des galaxies.
  1. Retour à la Terre – Paysages : images qui représentent une caractéristique d’importance astronomique en tant que caractéristique et éléments importants tels que la nature, la terre ou l’eau.
  1. Retour sur Terre – Points de repère : images qui représentent une caractéristique d’intérêt astronomique en tant que caractéristique et éléments importants tels que des paysages urbains, des bâtiments, des maisons, des structures historiques ou des monuments.

Forfait prix

Les photographes gagnants dans les différentes catégories recevront divers prix, notamment : des billets pour les trois sites des observatoires astronomiques irlandais – l’observatoire Dunsink (la salle d’évasion Race to Space), l’observatoire d’Armagh et le château de Pere Demesne ; Bons pour du matériel photographique/télescopique ; et abonnements numériques à The Irish Times.

DIAS a l’intention que les images gagnantes et très acclamées soient également incluses dans une exposition au DIAS en 2024.

De plus, toutes les images présélectionnées seront incluses dans une galerie en ligne – à des fins de vote du public – sur le site Web du concours reachforthestars.ie.

Le concours « Reach for the Stars » du DIAS est organisé en partenariat avec The Irish Times et parrainé par Alice Public Affairs et les Irish Astronomical Observatories.

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La Société irlandaise d’astronomie soutient cette initiative.

Plus d’informations, y compris les directives du concours et le formulaire d’inscription, sont disponibles sur www.reachforthestars.ie

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Une nébuleuse tend la main vers l’espace

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Une nébuleuse tend la main vers l’espace

le Nébuleuse de la gomme Il s’agit d’une nébuleuse en émission située à environ 1 400 années-lumière de nous. Il abrite quelque chose que les croyants appellent la « Main de Dieu ». Le reste d’entre nous l’appelle CG 4.

De nombreux objets dans l’espace prennent des formes fantastiques et éthérées directement inspirées de l’imagination psychédélique de quelqu’un. CG4 est certes éthéré et inhabituel, mais il est aussi un peu plus réaliste. Cela ressemble à une main s’étendant dans l’espace.

Caméra à énergie sombre (DECam) située à NSF Télescope Victor M. Blanco de 4 mètres J’ai pris une photo. La mission principale de DECam est d’étudier des centaines de millions de galaxies dans le cadre de son étude de l’énergie sombre. Mais c’est aussi un outil à usage général utilisé dans d’autres efforts scientifiques.

CG4 On l’appelle une comète boule en raison de son apparence. Mais c’est en réalité une région de formation d’étoiles. Sa tête mesure environ 1,5 années-lumière de diamètre et sa queue mesure environ 8 années-lumière de long. La tête est dense et opaque et est éclairée par une étoile proche. La boule est entourée d’une lueur rouge diffuse, d’émissions d’hydrogène ionisé.

Cet extrait montre un gros plan de CG 4. La main semble être sur le point de saisir une galaxie spirale appelée ESO 257-19 (PGC 21338). Mais la galaxie se trouve à plus de cent millions d’années-lumière de CG 4. Seul un alignement fortuit la fait paraître proche. Près de la tête de la boule comète se trouvent deux jeunes objets stellaires (YSO). Ce sont des étoiles dans leur première étape d’évolution avant de devenir des étoiles de la séquence principale. Crédits image : Crédit : CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA
Traitement d’images : T. A. Rector (University of Alaska Anchorage/NSF NOIRLab), D. de Martin & M. Zamani (NSF NOIRLab)

Il existe de nombreuses sphérules cométaires dans la Voie Lactée. C’est une sous-classe d’objets appelée Kiryat BoukDu nom de l’astronome Bart Bok qui l’a découvert. Les deux types de pellets Nébuleuses sombresLes nuages ​​moléculaires sont si denses qu’ils bloquent la lumière optique. Les astronomes ne savent pas exactement comment les globules cométaires prennent leur forme.

Mais ils savent ce qui leur arrive.

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La lueur rouge entourant CG 4 est de l’hydrogène ionisé illuminé par le rayonnement d’étoiles massives et chaudes à proximité. Le même rayonnement érode CG 4. Comme la balle est plus dense que son environnement, elle résiste à la propagation. Il contient encore suffisamment de gaz et de poussières pour former plusieurs nouvelles étoiles de la taille du Soleil.

Dans ce zoom avant, la main ressemble davantage à la bouche de Shai Kholoud, s'étendant dans l'espace pour détruire le Sardaukar qui approche.  Crédit image : CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA.  Traitement d'images : T. A. Rector (University of Alaska Anchorage/NSF NOIRLab), D. de Martin & M. Zamani (NSF NOIRLab)
Dans ce zoom avant, la main ressemble davantage à la bouche de Shai Kholoud, s’étendant dans l’espace pour détruire le Sardaukar qui approche. Crédit image : CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA. Traitement d’images : T. A. Rector (University of Alaska Anchorage/NSF NOIRLab), D. de Martin & M. Zamani (NSF NOIRLab)

Bien qu’il existe de nombreux globules de ce type dans la Voie Lactée, la majorité d’entre eux se trouvent dans la Nébuleuse de la Gomme. Les scientifiques savent qu’il existe 31 autres sphères dans la nébuleuse. C’est ce qu’on appelle CG 4 (comète globulaire 4) car elles sont toutes numérotées.

Cette image montre trois des 32 CG de la nébuleuse de la Gomme : CG 30, 31 et 8.  Source de l'image : Par Legacy Surveys / D.Lang (Perimeter Institute) et Meli Thev - travail personnel, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=143429111
Cette image montre trois des 32 CG de la nébuleuse de la Gomme : CG 30, 31 et 8. Source de l’image : By Legacy Surveys / D.Lang (Perimeter Institute) & Meli Thev – travail personnel, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=143429111

La nébuleuse de la gomme est probablement le vestige d’une explosion massive de supernova, et c’est peut-être la raison pour laquelle les globules ont leur forme unique. Il se peut qu’il s’agisse à l’origine d’une nébuleuse sphérique comme la nébuleuse de l’Anneau. Mais une puissante explosion de supernova il y a environ un million d’années les a amenées à prendre une forme allongée, semblable à celle d’une comète.

Le télescope spatial James Webb a capturé cette image de la nébuleuse de l'anneau sud, ou NGC 3132, à l'aide de son instrument NIRCAM.  Les globules cométaires pourraient avoir commencé comme des nébuleuses en forme d'anneau avant d'être déformés par des explosions de supernova.  Crédit image : Par image : NASA/ESA/CSA/Space Telescope Science Institute.  Domaine public
Le télescope spatial James Webb a capturé cette image de la nébuleuse de l’anneau sud, ou NGC 3132, à l’aide de son instrument NIRCAM. Les globules cométaires pourraient avoir commencé comme des nébuleuses en forme d’anneau avant d’être déformés par des explosions de supernova. Crédit image : Par image : NASA/ESA/CSA/Space Telescope Science Institute. Domaine public

Les astronomes suggèrent également une autre raison pour sa forme. À proximité, des étoiles massives et chaudes exercent une pression de rayonnement sur les globules et leurs vents stellaires entrent en collision avec eux. Dans la nébuleuse de la gomme, leurs queues pointent vers le reste de la supernova et le pulsar en son centre. Puisque Vela Pulsar est une étoile à neutrons en rotation, son vent et sa pression de rayonnement forment probablement CG 4.

Quelle que soit sa cause, la Main de Dieu est une chose visuellement intéressante. Si vous voulez vraiment vous perdre dans cette étonnante nébuleuse, téléchargez le fichier TIFF ici.

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