Мы все знаем уравнение — водород плюс кислород равняется воде. Но теперь ученые засняли молекулярное видео этой знаменитой встречи в действии, что может привести к новому способу получения больших объемов питьевой воды.
Известно, что редкий элемент под названием палладий является хорошим катализатором для преобразования газообразного водорода и кислорода в воду, но то, как именно он работает, остается плохо изученным. Поэтому для нового исследования исследователи из Северо-Западного университета использовали недавно разработанную технику, чтобы наблюдать в точных молекулярных деталях за тем, что происходит.
Они поместили образцы палладия в нанореакторы в форме сот, заключенные в сверхтонкую стеклянную мембрану. Затем были введены газы. Все это шоу наблюдалось с помощью высоковакуумных просвечивающих электронных микроскопов.
С помощью этих новых мощных глаз команда смогла увидеть, как атомы водорода проникают в палладий, заставляя металл расширяться, поскольку его собственные атомы отталкиваются друг от друга. Но что еще важнее, они увидели, как на поверхности палладия начинают образовываться крошечные пузырьки воды.
«Мы думаем, что это может быть самый маленький пузырь, когда-либо образовавшийся, который можно было наблюдать напрямую», — сказал Юкунь Лю, первый автор исследования. «Это не то, чего мы ожидали. К счастью, мы это записывали, поэтому мы могли доказать другим людям, что мы не сумасшедшие».
Наноразмерный пузырек воды образуется из воздуха
Полученное видео интригует, предоставляя нам место в первом ряду, в наномасштабе, чтобы наконец напрямую увидеть реакцию, о которой мы узнали в начальной школе. Но исследование может иметь и практическое применение.
В ходе дальнейших экспериментов команда нашла оптимальный метод использования палладия для получения воды. Добавление сначала водорода, а затем кислорода привело к самой высокой скорости реакции. Атомы водорода вдавливались в металл, а затем возвращались обратно при добавлении кислорода для получения воды на поверхности палладия.
Команда говорит, что масштабирование технологии может привести к новым способам получения воды по требованию. Один из научно-фантастических сценариев, который они описывают, включает заполнение листов палладия водородом, загрузку их на космический корабль и использование их для получения питьевой воды путем добавления кислорода по мере необходимости.
«Палладий может показаться дорогим, но его можно перерабатывать», — сказал Лю. «Наш процесс не потребляет его. Единственное, что потребляется, — это газ, а водород — самый распространенный газ во Вселенной. После реакции мы можем повторно использовать палладиевую платформу снова и снова».
Конечно, до этого еще далеко, и в реальности это может оказаться непрактичным. Но все же, он может найти применение здесь, на Земле, в ближайшем будущем. В конце концов, поиск способов получения питьевой воды по требованию является важной потребностью.
Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
