Дослідники вперше стали свідками і зняли на відео злиття кисню і водню, які утворюють крихітні, нанорозмірні бульбашки води.
Ще у 2024 році команда з Північно-Західного університету, штат Іллінойс, розробила новий метод перегляду та аналізу молекул газу в режимі реального часу. Метод полягає в уловлюванні молекул газу в сотоподібних нанореакторах за допомогою надтонких скляних мембран, які потім можна спостерігати за допомогою високовакуумних трансмісійних електронних мікроскопів.
Використовуючи нову техніку, команда спробувала ближче поглянути на столітню загадку: як рідкісний метал паладій може швидко генерувати воду з водню та кисню.
“Це відоме явище, але воно ніколи не було повністю зрозумілим, – говорить Юкун Лю, перший автор дослідження. “Тому що вам дійсно потрібно вміти поєднувати пряму візуалізацію генерації води та аналіз структури на атомному рівні, щоб зрозуміти, що відбувається з реакцією і як її оптимізувати”.
Використовуючи нову техніку, вони змогли з легкою недовірою спостерігати, як водень проникає в паладій, і утворюється нанорозмірна бульбашка води.
“Ми вважаємо, що це, можливо, найменша бульбашка, яка коли-небудь утворювалася і яку можна було спостерігати безпосередньо”, – додав Лю. “Це не те, чого ми очікували. На щастя, ми записували це, щоб довести іншим людям, що ми не божевільні”.
Окрім візуальних доказів, команда проаналізувала бульбашку за допомогою спектроскопії втрат енергії електронів – тієї самої методики, яку індійський апарат “Чандраян-1” використав для підтвердження наявності води на Місяці, щоправда, в наномасштабі.
“Безпосередньо візуалізуючи нанорозмірну генерацію води, ми змогли визначити оптимальні умови для швидкої генерації води в умовах навколишнього середовища, – додає Вінаяк Дравід, старший автор дослідження, – Це має важливе значення для прикладних застосувань, які дозволять швидко генерувати воду в умовах глибокого космосу без використання газів і металевих каталізаторів. “Ці висновки мають важливе значення для практичного застосування, наприклад, уможливлення швидкого генерування води в умовах глибокого космосу за допомогою газів і металевих каталізаторів, не вимагаючи при цьому екстремальних умов реакції”.
Команда виявила, що на швидкість, з якою паладій виробляє кисень, суттєво впливає послідовність введення водню і кисню. Крім того, що це просто дивовижно спостерігати цей процес у таких крихітних масштабах, дослідження може призвести до вдосконалення методів виробництва води. Однією зі сфер, де це могло б дійсно допомогти, були б космічні подорожі. Якби паладій можна було попередньо наповнити воднем, астронавтам потрібно було б лише додати кисень, щоб створити питну воду. Якщо не зробити коротку зупинку на Європі, вода може стати проблемою під час далеких місій для відвідування інших планет або заснування там баз.
“Згадайте героя Метта Деймона, Марка Уотні, у фільмі “Марсіанин“, – додав Дравід. “Він спалював ракетне паливо, щоб добути водень, а потім додавав кисень зі свого оксигенатора. Наш процес аналогічний, за винятком того, що ми обходимося без вогню та інших екстремальних умов. Ми просто змішуємо паладій і гази разом”.
Дослідження опубліковане в Proceedings of the National Academy of Sciences.