Elektrokemiska celler hjälper till att återvinna CO ₂ . Dock, de katalytiska ytorna slits ner i processen. Forskare vid Collaborative Research Center 1316 "Övergående atmosfäriska plasma:från plasma till vätskor till fasta ämnen" vid Ruhr-Universität Bochum (RUB) undersöker hur de kan återskapas med ett knapptryck med extrema plasma i vatten. I ett första, de använde optisk spektroskopi och modellering för att analysera sådana undervattensplasma i detalj, som bara existerar under några få nanosekunder, och att teoretiskt beskriva förhållandena under plasmantändning. De publicerade sin rapport i tidningen Plasmakällor Vetenskap och teknik den 4 juni 2019.

Plasma är joniserade gaser:de bildas när en gas får energi som sedan innehåller fria elektroner. I naturen, plasma inträffar inuti stjärnor eller tar formen av polära ljus på jorden. Inom teknik, plasma används till exempel för att generera ljus i lysrör, eller att tillverka nya material inom mikroelektronik. "Vanligtvis, plasma genereras i gasfasen, till exempel i luften eller i ädelgaser, "förklarar Katharina Grosse från Institute for Experimental Physics II på RUB.

Brott i vattnet

I den aktuella studien, forskarna har genererat plasma direkt i en vätska. För detta ändamål, de applicerade en hög spänning på en nedsänkt hårlinjeelektrod under intervallet flera miljarder sekunder. Efter plasmantändning, det finns en hög negativ tryckskillnad vid spetsen av elektroden, vilket resulterar i sprickbildning i vätskan. Plasma sprider sig sedan över dessa bristningar. "Plasma kan jämföras med en blixt - bara i det här fallet händer det under vattnet, säger Katharina Grosse.

Hetare än solen

Med snabb optisk spektroskopi i kombination med en vätskedynamikmodell, forskargruppen identifierade maktvariationerna, tryck, och temperatur i dessa plasma. "I processen, vi observerade att förbrukningen inuti dessa plasma kort uppgår till upp till 100 kilowatt. Detta motsvarar den anslutna belastningen på flera småhus, "påpekar professor Achim von Keudell från Institute for Experimental Physics II.

Dessutom, tryck som överstiger flera tusen bar genereras - motsvarande eller till och med överstiger trycket vid den djupaste delen av Stilla havet. Till sist, det finns korta temperaturskador på flera tusen grader, som grovt lika och till och med överträffar solens yttemperatur.

Vatten bryts ner i dess komponenter

Sådana extrema förhållanden varar bara under mycket kort tid. "Hittills hade studier i första hand fokuserat på undervattensplasma i mikrosekundområdet, "förklarar Katharina Grosse." På den tiden, vattenmolekyler har chansen att kompensera för plasmatrycket. "De extrema plasma som har varit föremål för den aktuella studien har mycket snabbare processer. Vattnet kan inte kompensera för trycket och molekylerna bryts ner i sina komponenter .

"Syret som frigörs på detta sätt spelar en viktig roll för katalytiska ytor i elektrokemiska celler, "förklarar Katharina Grosse." Genom att oxidera sådana ytor, det hjälper dem att regenerera och ta upp sin fulla katalytiska aktivitet igen. Dessutom, reagenser lösta i vatten kan också aktiveras, på så sätt underlättar katalysprocesser. "