«Записывали на видео, чтобы доказать, что мы не сошли с ума»: посмотрите, как вода образуется из ниоткуда

Палладий, редкий металлический элемент, способен быстро генерировать воду из водорода и кислорода. Исследователи впервые наблюдали этот процесс на наноуровне с помощью электронного микроскопа.

Научную работу опубликовали в Proceedings of the National Academy of Sciences. Наблюдая за процессом с предельной точностью, исследователи обнаружили, как оптимизировать его для более быстрой генерации воды. Поскольку экстремальных условий для этого не требуется, процесс может пригодиться для получения воды в засушливых условиях, в том числе на других планетах.

О том, что палладий способен выступать катализатором для быстрого получения воды, известно уже больше века, но как именно происходит реакция, оставалось загадкой. По словам первого автора исследования Юкуна Лю, требовалось сочетание прямой визуализации образования воды и анализа ее структуры на атомном уровне.

Наблюдать за этим процессом раньше было невозможно — команде профессора Винаяка Дравида потребовалось придумать инновационный метод анализа молекул. Разработанная учеными ультратонкая стеклообразная мембрана удерживает молекулы в нанореакторах в виде сот, что позволяет наблюдать за ними в высоковакуумный просвечивающий электронный микроскоп.

С помощью новой технологии ученые увидели, как атомы водорода проникают в палладий, расширяя его квадратную решетку. Затем они увидели, как появляются нанопузырьки воды.

«Мы думаем, что это, возможно, самый маленький пузырек, который когда-либо образовывался при непосредственном наблюдении. Это не то, чего мы ожидали. К счастью, мы записывали это, чтобы доказать другим, что мы не сошли с ума», — пояснил Лю.

Однако надо было еще доказать, что это вода. Для этого использовали аналог эксперимента с луноходом Chandrayaan-1, который искал доказательства наличия воды в лунном грунте. Спектроскопический подход выявил уникальные характеристики кислородных связей, температура кипения тоже совпала.

Затем ученые поэкспериментировали с добавлением водорода и кислорода по отдельности и смешивая в разных пропорциях, чтобы оптимизировать процесс. Оказалось, что быстрее всего вода образуется, если сначала наполнить палладий атомами водорода, а потом добавить кислород.

Исследователи считают, что в будущем люди, возможно, станут заготавливать наполненные водородом листы палладия перед полетом в космос, чтобы получать воду для питья и полива растений. Добывать воду таким способом можно бесконечно: палладий — дорогой материал, но он не расходуется в процессе, а водород — самый распространенный газ во Вселенной.