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Fehlerfreie Schwingkatalysatoren

09.03.2020

Ein Forscherteam der University of Minnesota hat eine oszillierende Katalysatortechnologie entwickelt, die bestimmte chemische Reaktionen ohne Nebenprozesse oder Fehler beschleunigen kann.

Katalysatoren werden heute in vielen chemischen Prozessen eingesetzt. Sie beschleunigen chemische Reaktionen, indem sie ihre Aktivierungsenergie senken. Eine chemische Reaktion, die auf der Oberfläche eines Katalysators, z. B. eines Metalls, auftritt, beschleunigt sich schneller als unerwünschte Nebenprozesse. Wenn die Zielreaktion viel schneller abläuft als alle anderen Nebenreaktionen, dann ist der Katalysator gut geeignet für die Synthese der wertvollsten Produkte. Aber manchmal kann sogar eine geringfügige Beimischung von Nebenprodukten die endgültige Verbindung erheblich verunreinigen. Außerdem laufen Nebenprozesse nicht bei allen Reaktionen viel langsamer ab als die Hauptprozesse - manchmal sind sie sogar in ihrer Geschwindigkeit mit ihnen vergleichbar.

Um diese Probleme zu lösen, haben Wissenschaftler der Universitäten von Minnesota und Delaware, der University of California in Santa Barbara und der University of Massachusetts Amherst eine neue Klasse von Katalysatoren entwickelt, die gezielte chemische Reaktionen durch Vibrationen dramatisch beschleunigen. Wenn Frequenz und Amplitude der einwirkenden Welle mit den Eigenschaften der Zielreaktion übereinstimmen, dann wird sie tausendfach schneller als alle Nebenprozesse.

„Alle chemischen Reaktionen haben ihre eigenen Frequenzen, wie die Saiten eines Klaviers oder einer Gitarre", sagt Studienleiter Paul Dauenhauer. „Wenn wir die richtige Frequenz für die gewünschte Reaktion finden, ist der Katalysator fast perfekt – verschwenderische Nebenprozesse fast vollständig Pause."

Die Entdeckung ist von besonderer Bedeutung für die Produktion von Schlüsselchemikalien in der Energie-, Werkstoff-, Lebensmittel- und Medizinindustrie. Die wichtigsten Chemikalien werden im großen Industriemaßstab hergestellt, sodass auch bei ausgereiften Katalysatoren einige Nebenprodukte entstehen, die jährlich tausende Tonnen Abfall erzeugen. Jetzt wissen Forscher, wie sie damit umgehen können.

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Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

Die Existenz einer Entropieregel für die Quantenverschränkung wurde nachgewiesen 09.05.2024

Die Quantenmechanik überrascht uns immer wieder mit ihren mysteriösen Phänomenen und unerwarteten Entdeckungen. Kürzlich stellten Bartosz Regula vom RIKEN Center for Quantum Computing und Ludovico Lamy von der Universität Amsterdam eine neue Entdeckung vor, die sich mit der Quantenverschränkung und ihrem Zusammenhang mit der Entropie befasst. Quantenverschränkung spielt eine wichtige Rolle in der modernen Quanteninformationswissenschaft und -technologie. Aufgrund der Komplexität seiner Struktur ist es jedoch schwierig, es zu verstehen und zu verwalten. Die Entdeckung von Regulus und Lamy zeigt, dass die Quantenverschränkung einer Entropieregel folgt, die der für klassische Systeme ähnelt. Diese Entdeckung eröffnet neue Perspektiven im Bereich der Quanteninformationswissenschaft und -technologie und vertieft unser Verständnis der Quantenverschränkung und ihrer Verbindung zur Thermodynamik. Die Ergebnisse der Studie weisen auf die Möglichkeit der Reversibilität von Verschränkungstransformationen hin, was ihre Verwendung in verschiedenen Quantentechnologien erheblich vereinfachen könnte. Eine neue Regel öffnen ... >>

Mini-Klimaanlage Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

Der Sommer ist eine Zeit der Entspannung und des Reisens, doch oft kann die Hitze diese Zeit zu einer unerträglichen Qual machen. Lernen Sie ein neues Produkt von Sony kennen – die Mini-Klimaanlage Reon Pocket 5, die verspricht, den Sommer für ihre Benutzer angenehmer zu gestalten. Sony hat ein einzigartiges Gerät vorgestellt – den Reon Pocket 5 Mini-Conditioner, der an heißen Tagen für Körperkühlung sorgt. Damit können Benutzer jederzeit und überall Kühle genießen, indem sie es einfach um den Hals tragen. Diese Mini-Klimaanlage ist mit einer automatischen Anpassung der Betriebsmodi sowie Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren ausgestattet. Dank innovativer Technologien passt Reon Pocket 5 seinen Betrieb an die Aktivität des Benutzers und die Umgebungsbedingungen an. Benutzer können die Temperatur einfach über eine spezielle mobile App anpassen, die über Bluetooth verbunden ist. Darüber hinaus sind speziell entwickelte T-Shirts und Shorts erhältlich, an denen ein Mini-Conditioner angebracht werden kann. Das Gerät kann oh ... >>

Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

Mit dem Aufkommen neuer Technologien und der Entwicklung von Raumfahrtprogrammen wird die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum immer machbarer. Der Leiter des Startups Virtus Solis teilte seine Vision mit, mit dem Raumschiff von SpaceX Orbitalkraftwerke zu bauen, die die Erde mit Strom versorgen können. Das Startup Virtus Solis hat ein ehrgeiziges Projekt zur Schaffung von Orbitalkraftwerken mit dem Starship von SpaceX vorgestellt. Diese Idee könnte den Bereich der Solarenergieerzeugung erheblich verändern und sie zugänglicher und kostengünstiger machen. Der Kern des Plans des Startups besteht darin, die Kosten für den Start von Satelliten ins All mithilfe von Starship zu senken. Es wird erwartet, dass dieser technologische Durchbruch die Solarenergieproduktion im Weltraum gegenüber herkömmlichen Energiequellen wettbewerbsfähiger machen wird. Virtual Solis plant den Bau großer Photovoltaikmodule im Orbit und nutzt Starship für die Lieferung der notwendigen Ausrüstung. Allerdings eine der größten Herausforderungen ... >>

Neue Methode zur Herstellung leistungsstarker Batterien 08.05.2024

Mit der Entwicklung der Technologie und dem zunehmenden Einsatz von Elektronik wird die Frage der Schaffung effizienter und sicherer Energiequellen immer dringlicher. Forscher der University of Queensland haben einen neuen Ansatz zur Herstellung von Hochleistungsbatterien auf Zinkbasis vorgestellt, der die Landschaft der Energiebranche verändern könnte. Eines der Hauptprobleme herkömmlicher wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis war ihre niedrige Spannung, die ihren Einsatz in modernen Geräten einschränkte. Doch dank einer neuen, von Wissenschaftlern entwickelten Methode konnte dieser Nachteil erfolgreich überwunden werden. Im Rahmen ihrer Forschung wandten sich Wissenschaftler einer speziellen organischen Verbindung zu – Catechol. Es erwies sich als wichtige Komponente, die die Stabilität der Batterie verbessern und ihre Effizienz steigern kann. Dieser Ansatz hat zu einer deutlichen Spannungserhöhung der Zink-Ionen-Batterien geführt und sie damit wettbewerbsfähiger gemacht. Laut Wissenschaftlern haben solche Batterien mehrere Vorteile. Sie haben b ... >>

Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

Bier, eines der häufigsten alkoholischen Getränke, hat einen ganz eigenen Geschmack, der sich je nach Temperatur des Konsums verändern kann. Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams hat herausgefunden, dass die Biertemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks hat. Die vom Materialwissenschaftler Lei Jiang geleitete Studie ergab, dass Ethanol- und Wassermoleküle bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Arten von Clustern bilden, was sich auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks auswirkt. Bei niedrigen Temperaturen bilden sich eher pyramidenartige Cluster, wodurch die Schärfe des „Ethanol“-Geschmacks abnimmt und das Getränk weniger alkoholisch schmeckt. Im Gegenteil, mit steigender Temperatur werden die Cluster kettenförmiger, was zu einem ausgeprägteren alkoholischen Geschmack führt. Dies erklärt, warum sich der Geschmack einiger alkoholischer Getränke, wie z. B. Baijiu, je nach Temperatur ändern kann. Die Erkenntnisse eröffnen Getränkeherstellern neue Perspektiven, ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

fremde Pflanzen 27.10.2018

Die Symbiose aus Pilzen und Pflanzenwurzeln ist in der Lage, extremen Bedingungen mit geringer Schwerkraft standzuhalten und in Böden zu existieren, die praktisch frei von organischen Stoffen sind.

Wissenschaftler der Universität Zürich waren verwirrt über eine Frage, die Mark Watneys Figur in The Martian beunruhigte, als er Wege erfand, Kartoffeln auf dem Mars anzubauen. Als Ergebnis haben Experten die realsten "fremden" Pflanzen geschaffen. Auf der Erde wächst die Flora auf fruchtbarem Boden, angereichert mit organischem Material, und ist auch an die Schwerkraft der Erde angepasst. Unter den Bedingungen anderer Planeten werden Landpflanzen einfach nicht überleben, aber Wissenschaftler lösen dieses Problem.

Zwei Faktoren – geringe Schwerkraft und Böden ohne organische Substanz – verhindern den Anbau von Pflanzen auf anderen Planeten. Aber die Symbiose zwischen Bodenpilzen und Pflanzenwurzeln, reguliert durch die Freisetzung des Hormons Strigolacton, dessen Eigenschaften Wissenschaftler sorgfältig untersucht und verstärkt haben, ermöglichte die Züchtung von Petunien, die sogar in schlechtem organischem Boden und unter Mikrogravitationsbedingungen überleben können.

Petunien gehören zur Familie der Nachtschattengewächse, zu der auch essbare Pflanzen gehören: Auberginen, Tomaten und Kartoffeln. Unterstützt durch die Ausschüttung des Hormons ahmen Pilze organische Bodensubstanz nach und die Pflanze ist in der Lage, dem Boden schneller und mehr Phosphate, Stickstoff und Wasser zu entziehen, die für das Wachstum notwendig sind. Es sind diese "fremden" Sorten, die in Zukunft die Grundlage für die Landwirtschaft auf dem Mars und anderen Planeten sowie auf Raumfahrzeugen bilden werden.

Solche modifizierten Pflanzen werden auch in der Lage sein, die Erträge auf der Erde zu steigern und den Treibhauseffekt zu reduzieren, aber ihre Eigenschaften müssen vor der weltweiten Implementierung noch vollständig untersucht werden.

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