Текст уведомления здесь

«Вакансии» кислорода и магний помогли наночастицам превратить углекислый газ в метанол

Для этого также нужны солнечный свет и вода.
Добавить в закладки
Комментарии

Совместное исследование российских, индийских и нигерийских химиков помогло лучше понять процесс восстановления углекислого газа на катализаторах из оксида титана с добавлением магния. Оказалось, что присутствие магния помогает молекулам CO2 прикрепляться к наночастицам, поэтому они эффективней восстанавливаются. Результаты исследования опубликованы в журнале Catalysis Science & Technology.

Ученые во всем мире ищут эффективные способы переработки излишков углекислого газа. Один из перспективных путей — восстановление его с помощью солнечного света на полупроводниковых катализаторах. Под действием энергии света в полупроводниках происходит разделение зарядов — образуются свободные электроны, которые затем восстанавливают растворенные в воде молекулы углекислого газа. Чаще всего такие катализаторы делают из наночастиц оксида титана TiO2, а недавно выяснилось, что добавление небольшого количества магния может заметно увеличить их эффективность.

Авторы нового исследования более подробно разобрались в механизме работы таких катализаторов. Они синтезировали наночастицы TiO2 с добавлением магния. Делалось это стандартным способом: спиртовые растворы бутоксида титана и нитрата магния смешивались и обрабатывались ультразвуком при температуре в 70 градусов Цельсия.

Меняя количество нитрата магния, ученые получили наночастицы с разным его содержанием, что позволило дифференцированно сравнить и их каталитическую активность. Основным продуктом во всех случаях был метанол, также образовывались метан, водород (из воды) и угарный газ. Самыми «эффективными» оказались наночастицы со средним содержанием магния (один атом на тридцать атомов титана), дальнейшее увеличение его количества снижало каталитическую активность.

Теоретические расчеты показывают, что магний чаще всего находится на поверхности наночастиц. Так как заряд магния меньше, чем у титана (не +4, а +2), то для сохранения нейтрального заряда частицы один из ближайших к магнию ионов кислорода покидает решетку — ученые называют это «вакансия» кислорода. Именно эта «вакансия» в дальнейшем служит местом прикрепления углекислого газа или его водных форм — карбоната и гидрокарбоната. И, по расчетам ученых, здесь у молекул больше шансов встретиться с поверхностными электронами и восстановиться.

Также выяснилось, что слишком прочная связь между молекулами и катализатором снижает эффективность: после восстановления молекула должна быстро «открепиться» и освободить место для других молекул, однако прочное крепление этому мешает. Возможно, что именно из-за этого частицы с самым высоким содержанием магния были менее эффективными.

Фотокатализ — химические превращения с помощью энергии солнечного света — одна из самых перспективных областей химии и физики. Например, о получении водорода фоторазложением воды можно почитать в другом материале «Чердака».

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Человек покинул Африку и захватил Китай более двух миллионов лет назад

Это примерно на 270 тысяч лет удревняет экспансию Homo за пределы их родного континента.
Добавить в закладки
Комментарии

Китайские исследователи при участии британских коллег обнаружили в центральной части этой страны каменные орудия, возраст которых определен в 1,26—2,12 миллиона лет. Если верна нижняя граница этой датировки, то данные орудия — самое древнее свидетельство присутствия людей за пределами Африки, где и возник род Homo. Соответствующая статья опубликована в Nature.

По современным данным, самым древним видом нашего рода является Homo habilis, чьи останки найдены только в Африке. К нему или его непосредственным предкам относится челюсть LD 350−1. Ее возраст 2,8 миллиона лет, и она считается самым древним из останков представителей рода Homo. Однако первым видом, достоверно вышедшим за пределы Африки, стал Homo erectus — их останки в грузинской пещере Дманиси появились 1,8 миллиона лет назад. А около 1,7 миллиона лет назад кости того же вида появляются в Китае.

Авторы новой работы изучили 88 каменных орудий из 17 слоев раскопа в районе Шаньчэн (провинция Хэнань, Центральный Китай). Орудия эти разных типов — от сравнительно специализированных скребков и сверл до более универсальных рубил. Главным образом они сделаны из кварца и кварцита, выход которого есть в горах поблизости от района раскопок. Обнаружить рядом с орудиями кости людей не удалось. Отдельно стоит отметить, что и кварц, и кварцит — крайне твердые породы, и их обработка требует уверенных навыков работы с камнем. Но в данном случае это скорее плюс, чем минус, — такие орудия нельзя спутать с камнями, расщепленными в силу естественных процессов, не связанных с человеческой деятельностью.

Чтобы определить возраст орудий, ученые обратились к датировке слоев, в которых они были найдены. Слои содержали ряд пород с частицами железа. Когда оно нагревается до точки Кюри, то «запоминает» направление и интенсивность магнитного поля Земли на момент остывания. Расположение магнитных полюсов Земли постоянно меняется, как и сила магнитного поля. Оценивая следы этих изменений, можно сравнительно точно датировать породы, содержащие такие частицы железа. [ ... ]

Читать полностью

Блазар «обстрелял» Антарктиду нейтрино высоких энергий

Активные ядра галактик, выстреливающие разогнанную до околосветовых скоростей плазму, впервые проявили себя как источник довольно экзотических частиц.
Добавить в закладки
Комментарии

Работы двух групп исследователей, связанных с научной коллаборацией IceCube, показали, что окрестности активно пожирающих материю сверхмассивных черных дыр в центрах галактик являются источником нейтрино особо высоких энергий. До сих пор надежно удавалось зарегистрировать только такие источники нейтрино, как Солнце, либо близкие сверхновые. Новое открытие важно не только из-за регистрации нового класса источников нейтрино, но и потому, что может пролить свет на происхождение космических частиц особо высоких энергий, до сих пор остававшееся загадкой. Соответствующие статьи опубликованы в Science.

Блазары — это особо компактные квазары, галактики с активно излучающим ядром. От других галактик с активным ядром их отличает наличие релятивистских джетов — струй плазмы, разогнанных до околосветовых скоростей. Другая особенность блазаров — все они происходят от галактик, сильно отличающейся от нашей. Если Млечный Путь, в котором мы живем, спиральная галактика, то блазары находятся в центрах гигантских эллиптических (овальных) галактик.

Международная коллаборация IceCube изучает данные наблюдений, собранных с помощью крупного подповерхностного нейтринного «телескопа», расположенного под толщами льда в Антарктиде. Мощности IceCube — это большие кубические бассейны с водой, при прохождении через которые нейтрино могут вызывать слабые вспышки. Регистрируя такие вспышки в разнесенных в пространстве «кубах» с водой, исследователи могут определить, с какого именно направления пришло то или иное нейтрино. Для ряда нейтрино высоких энергий эти направления совпадали. Изучая их, ученые выявили объекты — кандидаты источников подобных нейтрино.

Одним из них был блазар TXS 0506+056, свет от которого шел до Земли 4 миллиарда лет. Кроме пучка нейтрино высоких энергий, пришедшего от него и зарегистрированного в 2017 году, на высокую активность этого блазара показало и наблюдение за ним в оптическом и иных диапазонах на целом ряде обычных телескопов. Тот факт, что повышение интенсивности излучений от блазара совпало с появлением с этого же направления нейтрино высоких энергий указывает на то, что именно он и является их наиболее вероятным источником. Новое открытие указывает на «нейтринную активность» блазаров, до того остававшуюся лишь гипотезой. [ ... ]

Читать полностью

Московские физики нашли условия плавного течения цемента

Ламинарное течение суспензий оказалось возможным только при равномерном распределении частиц и определенном сочетании свойств взвеси.
Добавить в закладки
Комментарии

Не все суспензии оказались способны к спокойному ламинарному движению. Их переход к турбулентному течению можно предсказать, зная ключевые гидродинамические характеристики потока. Об этом российские ученые пишут в статье, опубликованной журналом Physics of Fluids.

Cуспензия — это множество мелких твердых частиц, взвешенных в жидкости. Большинство практически важных материалов, включая эмалевые краски и цемент, являются именно суспензиями. В зависимости от размеров, плотности и количества частиц в этой двухфазной системе они могут распределяться равномерно либо медленно оседать под действием силы тяжести.

Течение у этих двухфазных систем, как и у обычных жидкостей, может быть плавным, ламинарным, либо, наоборот, турбулентным, с активным перемешиванием и вихрями. Оно характеризуется числом Рейнольдса, которое зависит от скорости, плотности, вязкости и других параметров среды. Переход числа Рейнольдса через критическое значение отражает возникновение неустойчивостей — и переход от спокойного течения к турбулентному.

Московские ученые: заведующий лабораторией механики многофазных сред НИИ Механики МГУ Александр Осипцов и Сергей Боронин, ведущий научный сотрудник Центра добычи углеводородов Сколтеха (SCHR), — рассмотрели параметры, при которых двухфазное течение равномерных и неравномерных суспензий будет ламинарным, а при каких — турбулентным. Им удалось показать, что переход потока через критическое число Рейнольдса определяется свойствами суспензии, которые описывают числа Стокса и Фруда. [ ... ]

Читать полностью