Hoppa till huvudinnehåll
Bild
Nyupptäckt kemi som sker på vattenlösliga partikelytor presenteras nu i en ny studie i Science.
Nyupptäckt kemi som sker på vattenlösliga partikelytor presenteras nu i en ny studie i Science.
Foto: Illustration: Xiangrui Kong
Länkstig

Oväntad upptäckt kan ge nya industriella tillämpningar

Publicerad

Nyupptäckt kemi som sker på vattenlösliga partikelytor presenteras nu i en ny studie i Science. Studien, som initierades av ett team från Göteborgs universitet, kan i framtiden komma till nytta vid exempelvis avloppsrening.

I atmosfären spelar gaser och aerosolpartiklar betydelsefulla roller för kemin. Deras växelverkan påverkar både moln och klimat. Typiska exempel på aerosoler är rök, dimma och luftföroreningar.

Även om vi inte ser aerosolpartiklarna är de synnerligen viktiga eftersom de har ytor i en atmosfär som annars bara består av gaser. Nu har en ny studie funnit bevis för att när sådana ytor börjar suga upp vatten och lösas upp kan ny och tidigare oupptäckt kemi äga rum.

Överraskande upptäckt av ny kemi

I den nya artikeln i tidskriften Science beskriver forskarna att när en yta av ammoniumsulfat löses upp så främjar det en sulfatreducerande ammoniumoxidation.

Upptäckten är oväntad eftersom reaktionen normalt kräver extra energi för att övervinna en barriär och därför inte sker spontant.

– Det var en överraskning att se reaktionen inträffa, men vi kom att förstå att reaktionen möjliggjordes av den vattenlösliga saltytan. Detta har fått oss att tänka om angående de katalytiska effekterna av ytor, där vissa reaktioner faktiskt kan gynnas under de rätta förhållandena, säger Xiangrui Kong, forskare vid Göteborgs universitet och huvudförfattare till studien.

Kan göra nytta för bland annat avloppsrening

Forskningen har konsekvenser för förståelsen av den atmosfäriska svavelcykeln och förekomsten av andra viktiga föreningar som är involverade i många kemiska reaktioner i atmosfären.

Den observerade sulfatreducerande ammoniumoxidationsreaktionen kan också komma till nytta vid exempelvis avloppsrening och andra industriella tillämpningar. Idag krävs biokatalysatorer eller andra dyra metoder för att aktivera sådana reaktioner. Den nya mekanismen tyder på att kostnadseffektiva tillämpningar kan utvecklas baserat på den nya kunskapen, enligt forskarna.

– När våra resultat började förverkligas fick vi verkligen ta oss tid att förstå vad vi observerade och varför, men resultaten är spännande och motiverar oss att gräva djupare i hur fasförändringar hos en yta kan förändra den kemiska miljön, säger Erik S. Thomson, universitetslektor vid Göteborgs universitet och en av författarna bakom studien.

Den nya studien är frukten av ett samarbete mellan forskare från Göteborgs universitet och forskare från Paul Scherrer Institute i Schweiz och Qatar Environmental and Energy Research Institute. Observationerna gjordes vid forskningsanläggningen Swiss Light Source i Schweiz och teoretiska beräkningar stöder de experimentella observationerna och den föreslagna reaktionsmekanismen.

Länk till arttikeln: link: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abc5311

Kontakt:
Erik S. Thomson: 0733-12 98 23, erik.thomson@chem.gu.se
Xiangrui Kong: 0704-17 03 69, kongx@chem.gu.se
Jan B.C. Pettersson: 0766-22 90 72 janp@chem.gu.se

Fakta om forskningen

Aerosoler är små partiklar som är finfördelade i en gas. Partiklarna kan antingen vara fasta eller flytande, och aerosolen innefattar både gasen och partiklarna. Aerosol kommer från grekiska: aer, "luft" och latin: solutio, "lösning".

Studien initierades av ett team från Göteborgs universitet med forskarna Xiangrui Kong, Dimitri Castarède, Erik S. Thomson och Jan B.C. Pettersson, alla  från institutionen för kemi och molekylärbiologi, avdelningen för atmosfärsvetenskap. (https://www.gu.se/en/chemistry-molecular-biology/our-research/atmospheric-science).

Mätningar utfördes vid X07DB In Situ Spectroscopy beamline, Swiss Light Source (SLS) vid Paul Scherrer Institute (PSI), Schweiz (https://www.psi.ch/en/sls/nanoxas), med hjälp av forskaren Luca Artiglia. Forskningen vid SLS stöds av forskningsavdelningarna Energy and Environment (https://www.psi.ch/en/ene) och Photon Science (https://www.psi.ch/en/psd).

I beamline -teamet fanns kollegor från Surface Chemistry Laboratory vid PSI ( https://www.psi.ch/en/luc/surface-chemistry) ledd av Markus Ammann och inklusive Anthony Boucly och Luca Artiglia.

Molekylärsimuleringar utfördes av samarbetspartner Ivan Gladich med hjälp av det nya datorklustret (HPCC) vid Qatar Environment and Energy Research Institute (QEERI)/HBKU och HPCC vid Texas A&M University i Qatar, grundat Qatar Foundation for Education, Science and Community Development.