Группе ученых впервые удалось визуализировать, как атомы водорода и кислорода соединяются, образуя воду в нанометровом масштабе. Используя палладий (редкий металлический элемент) в качестве катализатора, исследователи обнаружили, что процесс может быть ускорен без необходимости создания экстремальных условий, что позволит реализовать его на Земле и других планетах. Этот прорыв представляет собой революцию в производстве воды, а также открывает новые возможности для решения проблем в засушливых условиях, включая будущие космические миссии на Марс или другие отдаленные регионы Солнечной системы, Ведущий автор исследования сказал: «Эти результаты имеют большое значение для практического применения, например, для быстрого получения воды в глубоком космосе с помощью газов и металлических катализаторов, не требующих экстремальных условий реакции». Фото: Northwestern University,Как был обнаружен новый процесс получения воды,Открытие стало возможным благодаря новаторскому исследованию Северо-Западного университета, целью которого было понять, как палладий, редкий металл, катализирует реакцию между водородом и кислородом для образования воды. Используя новую технологию нано-визуализации, команда смогла в режиме реального времени наблюдать, как на поверхности палладия образуются крошечные пузырьки воды. По словам Винаяка Дравида, профессора материаловедения и инженерии Северо-Западного университета, этот прорыв позволяет оптимизировать процесс генерации воды в условиях окружающей среды, что может найти практическое применение в ближайшем будущем. «Благодаря прямой визуализации процесса генерации воды в наномасштабе мы смогли определить оптимальные условия для быстрой генерации воды в условиях окружающей среды», - сказал Дравид. Это открытие стало важной вехой в исследованиях по производству воды. На поверхности палладиевого нанокуба появляются и растут пузырьки воды. Масштабная линейка - 20 нанометров. GIF: Northwestern University,Почему это открытие актуально для космоса,Актуальность этого открытия не ограничивается только Землей. Одним из наиболее инновационных аспектов этого исследования является его потенциальное применение в космических миссиях. Не требуя экстремальных условий, таких как огонь или высокое давление, этот процесс получения воды может быть использован во враждебных средах, таких как глубокий космос, где получение питьевой воды имеет решающее значение для выживания. Ссылаясь на фильм «Марсианин», где главный герой добывает воду путем сжигания ракетного топлива, Дравид отмечает, что его команда разработала более простой и эффективный метод. «Наш процесс аналогичен, за исключением того, что мы избегаем необходимости в огне и других экстремальных условиях. Мы просто смешали палладий и газы, - объясняет Дравид. Этот прорыв позволяет нам думать о более самодостаточных космических миссиях, где астронавты могли бы генерировать питьевую воду, используя ограниченные ресурсы, - сказал Дравид, - Благодаря этому открытию воду можно будет производить за пределами Земли и достигать других планет». Фото: ссылка Кальштейн,Какие технологии позволили сделать это открытие,Успех этого исследования обусловлен применением новой технологии, разработанной в январе 2024 года, которая позволяет анализировать молекулы газа в режиме реального времени с невиданной ранее точностью. Эта технология основана на использовании ультратонкой стеклообразной мембраны, которая заключает газы в нанореакторы, позволяя наблюдать за процессом реакции с разрешением до 0,102 нанометра. Благодаря этой технологии ученые смогли определить, как атомы водорода попадают в решетку палладия, и наблюдали за образованием пузырьков воды на поверхности металла. Юкун Лю, первый автор исследования, пояснил, что наблюдаемый пузырь, вероятно, является самым маленьким из когда-либо наблюдавшихся. Мы думаем, что это, возможно, самый маленький пузырь, который когда-либо образовывался и был непосредственно замечен, - сказал Лю, отмечая масштабность находки, - Эта технология позволяет наблюдать за процессом реакции». Фото: ссылка Duniavet,Как они оптимизировали процесс,Одним из наиболее важных аспектов этого исследования была оптимизация процесса получения воды. Команда из Северо-Западного университета обнаружила, что порядок введения газов имеет решающее значение для ускорения реакции. Сначала ученые заполнили палладий водородом, что привело к расширению атомной решетки металла. Затем, когда был введен кислород, атомы водорода прореагировали с атомами кислорода, образовав воду. Лю объяснил, что добавление кислорода после водорода позволяет реакции протекать быстрее и эффективнее. «Когда мы сначала ввели водород, реакция началась. Водород выходит из палладия, реагируя с кислородом, а палладий сжимается и возвращается в исходное состояние», - сказал Лю. Такая оптимизация процесса может ускорить производство воды и сделать его более масштабным». Как эта технология будет применяться в будущем? Команда ученых представляет себе будущее, в котором этот процесс может быть использован в космических полетах. Палладий - металл, пригодный для вторичной переработки, поэтому он идеально подходит для получения воды в удаленных местах без истощения ресурсов. В будущих миссиях наполненный водородом палладий можно будет доставлять в космос, где для получения воды потребуется лишь добавить кислород. «Наш процесс не расходует палладий, - говорит Лю, подчеркивая, что металл можно использовать многократно. Это делает метод не только эффективным, но и устойчивым в долгосрочной перспективе. Поскольку водород - самый распространенный газ во Вселенной, этот процесс способен изменить способ получения воды на Земле и других планетах,