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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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L'épaisseur de la croûte de glace révèle la température de l'eau sur les mondes océaniques

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Les astrobiologistes de l'Université Cornell ont mis au point une nouvelle façon de déterminer la température des océans sur des mondes lointains en fonction de l'épaisseur de leurs coquilles de glace, réalisant ainsi efficacement une océanographie depuis l'espace.

Les données disponibles montrant la variation de l'épaisseur de la glace permettent déjà de prédire la partie supérieure de l'océan d'Encelade, l'une des lunes de Saturne, et l'étude orbitale prévue par la NASA sur la croûte glacée d'Europe devrait faire de même pour la lune jovienne, beaucoup plus grande, renforçant ainsi les conclusions de la mission quant à savoir si elle pourrait soutenir la vie. .

Les chercheurs suggèrent qu'un processus appelé « pompage de glace », qu'ils ont observé sous les plates-formes de glace de l'Antarctique, a probablement formé la face inférieure des coquilles glacées d'Europe et d'Encelade, mais doit également être à l'œuvre sur Ganymède et Titan, qui sont de grandes lunes de Jupiter et Saturne. successivement. Ils ont montré que les plages de températures dans lesquelles la glace et les océans interagissent – ​​des régions importantes où des composants de la vie peuvent être échangés – peuvent être calculées en fonction de la pente de la croûte de glace et des changements du point de congélation de l’eau à différentes pressions et salinités.

« Si nous pouvons mesurer le changement d'épaisseur de ces coquilles de glace, nous pourrons obtenir des contraintes de température dans les océans, ce qu'il n'y a pas d'autre moyen de faire sans les percer », a déclaré Brittney Schmidt, professeur adjoint d'astronomie et d'astrophysique. . Sciences de la Terre et de l'atmosphère. « Cela nous donne un autre outil pour essayer de comprendre le fonctionnement de ces océans. La grande question est : les choses y vivent-elles, ou peuvent-elles y vivre ? »

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Avec les membres actuels et anciens du Planetary Habitability and Technology Laboratory, Schmidt a co-écrit le livre « Ice-Ocean Interactions on Ocean Worlds Affecting the Topography of Ice Shells », publié dans la revue Journal de recherche géophysique : Planètes.

En 2019, à l'aide du robot télécommandé Icefin, l'équipe de Schmidt a observé de la glace pompée dans une fissure au fond de la plate-forme de glace de Ross, en Antarctique.

Les chercheurs ont cartographié les plages d'épaisseur, de pression et de salinité possibles de la croûte pour les mondes océaniques avec une gravité variable, et ont conclu que le pompage de glace se produirait dans les scénarios les plus probables, mais pas dans tous les scénarios. Ils ont découvert que les interactions entre la glace et les océans sur Europe pourraient être similaires à celles observées sous la plate-forme de glace de Ross, preuve que ces régions pourraient être parmi les plus semblables à la Terre sur des mondes extraterrestres, a déclaré Justin Lawrence, chercheur invité au Cornell Center. . d'astrophysique et de sciences planétaires et responsable de programme chez Honeybee Robotics.

La sonde Cassini de la NASA a produit suffisamment de données pour prédire la plage de température de l'océan d'Encelade, en fonction de l'inclinaison de sa croûte de glace des pôles à l'équateur : -1 095°C à -1 272°C. Connaître les températures permet de comprendre comment la chaleur circule dans les océans et comment elle se propage, affectant l'habitabilité.

Les chercheurs s'attendent à ce que le pompage de glace soit faible sur Encelade, une petite lune (aussi large que l'Arizona) avec une topographie spectaculaire, tandis que sur Europe plus grande – qui a à peu près la taille de la lune terrestre – ils s'attendent à ce qu'il fonctionne rapidement pour ramollir et aplatir la croûte glacée. . un socle.

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Ce travail montre comment la recherche sur le changement climatique sur Terre peut également bénéficier à la science planétaire, a déclaré Schmidt, c'est pourquoi la NASA a soutenu le développement d'ICEVEN.

« Il existe une relation entre la forme de la croûte de glace et la température de l'océan », a déclaré Schmidt. « C'est une nouvelle façon d'obtenir plus d'informations à partir des mesures de la croûte de glace que nous espérons pouvoir obtenir pour Europe et d'autres mondes. »

La recherche a été soutenue par les futurs chercheurs du programme FIESST (Earth and Space Science and Technology) de la NASA et par la National Science Foundation.

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Les astronomes découvrent un nouveau lien entre l'eau et la formation planétaire

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Les astronomes ont découvert de l'eau dans le disque entourant une jeune étoile où des planètes pourraient se former, révélant un nouveau lien entre l'ingrédient clé de la vie et la formation des planètes.

Jusqu’à présent, les chercheurs n’étaient pas en mesure de cartographier la façon dont l’eau est distribuée dans un disque stable et froid, le type de disque qui offre les meilleures conditions pour que les planètes se forment autour des étoiles.

Les observations, réalisées avec le grand télescope millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA), ont révélé au moins trois fois la quantité d'eau trouvée dans tous les océans de la Terre dans le disque interne de la jeune étoile semblable au soleil HL Tauri, située à 450 mètres d'altitude. dans des années. Loin de la Terre dans la constellation du Taureau.

« Je n'aurais jamais imaginé que nous pourrions capturer une image d'océans de vapeur d'eau dans la même région où la planète était susceptible de se former », a déclaré Stefano Facchini, astronome à l'Université de Milan en Italie, qui a dirigé l'étude.

Il a ajouté : « Nos résultats montrent comment la présence d'eau peut affecter l'évolution d'un système planétaire, tout comme cela s'est produit il y a environ 4,5 milliards d'années dans notre système solaire. »

« Il est vraiment remarquable que nous puissions non seulement détecter, mais aussi capturer des images détaillées et résoudre spatialement la vapeur d'eau à une distance de 450 années-lumière de la Terre », a déclaré le co-auteur Leonardo Testi, astronome à l'Université de Bologne en Italie. . nous. »

Les observations réalisées par ALMA, dont l'Observatoire européen austral (ESO) est partenaire, permettent aux astronomes de déterminer la répartition de l'eau dans différentes régions du disque.

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Selon l'étude publiée dans la revue Nature Astronomy, une grande quantité d'eau a été trouvée dans la région où se trouve une lacune connue dans le disque de HL Tauri.

Les chercheurs affirment que cela indique que la vapeur d’eau peut affecter la composition chimique des planètes qui se forment dans ces régions.

« C'est vraiment excitant de voir de première main, sur l'image, des molécules d'eau libérées par des particules de poussière glacée », a déclaré Elizabeth Humphreys, astronome à l'ESO qui a également participé à l'étude.

Les grains de poussière qui composent le disque sont les graines de la formation planétaire, entrant en collision et se collant pour former des objets plus gros.

Les astronomes pensent que lorsqu’il fait suffisamment froid pour que l’eau gèle et se transforme en particules de poussière, les objets se collent mieux les uns aux autres, créant ainsi l’endroit idéal pour la formation des planètes.

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Les astronomes découvrent un nouveau lien entre l'eau et la formation des planètes

Les astronomes ont découvert de l'eau dans le disque entourant une jeune étoile où des planètes pourraient se former, révélant un nouveau lien entre l'ingrédient clé de la vie et la formation des planètes.

Jusqu’à présent, les chercheurs n’étaient pas en mesure de cartographier la façon dont l’eau est distribuée dans un disque stable et froid, le type de disque qui offre les meilleures conditions pour que les planètes se forment autour des étoiles.

Les observations, réalisées avec le grand télescope millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA), ont révélé au moins trois fois la quantité d'eau trouvée dans tous les océans de la Terre dans le disque interne de la jeune étoile semblable au soleil HL Tauri, située à 450 mètres d'altitude. dans des années. Loin de la Terre dans la constellation du Taureau.

Nos résultats montrent comment la présence d’eau peut influencer l’évolution d’un système planétaire, tout comme elle l’a fait il y a environ 4,5 milliards d’années dans notre système solaire.

« Je n'aurais jamais imaginé que nous pourrions capturer une image d'océans de vapeur d'eau dans la même région où la planète était susceptible de se former », a déclaré Stefano Facchini, astronome à l'Université de Milan en Italie, qui a dirigé l'étude.

Il a ajouté : « Nos résultats montrent comment la présence d'eau peut affecter l'évolution d'un système planétaire, tout comme cela s'est produit il y a environ 4,5 milliards d'années dans notre système solaire. »

« Il est vraiment remarquable que nous puissions non seulement détecter, mais aussi capturer des images détaillées et résoudre spatialement la vapeur d'eau à une distance de 450 années-lumière de la Terre », a déclaré le co-auteur Leonardo Testi, astronome à l'Université de Bologne en Italie. . nous. »

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Les observations réalisées par ALMA, dont l'Observatoire européen austral (ESO) est partenaire, permettent aux astronomes de déterminer la répartition de l'eau dans différentes régions du disque.

Selon l'étude publiée dans la revue Nature Astronomy, une grande quantité d'eau a été trouvée dans la région où se trouve une lacune connue dans le disque de HL Tauri.

Les chercheurs affirment que cela indique que la vapeur d’eau peut affecter la composition chimique des planètes qui se forment dans ces régions.

« C'est vraiment excitant de voir de première main, sur l'image, des molécules d'eau libérées par des particules de poussière glacée », a déclaré Elizabeth Humphreys, astronome à l'ESO qui a également participé à l'étude.

Les grains de poussière qui composent le disque sont les graines de la formation planétaire, entrant en collision et se collant pour former des objets plus gros.

Les astronomes pensent que lorsqu’il fait suffisamment froid pour que l’eau gèle et se transforme en particules de poussière, les objets se collent mieux les uns aux autres, créant ainsi l’endroit idéal pour la formation des planètes.

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