科学家首次揭开了钻石中生物炭的孔隙性

　　

   

   

Roberto Volpe博士和Christoph Rau博士与钻石I-13光束线内的生物炭样品

罗伯特·沃尔普博士和他在伦敦玛丽女王大学和伦敦大学学院的团队与英国国家同步加速器“钻石光源”合作，在钻石实验室通过前所未有的operando实验首次对生物炭的孔隙度进行了成像。Volpe博士的工作是为了克服在生物质热化学分解方面的现有知识空白，这可以使量身定制的生物炭生产成为高优先级的环境应用。在名为“欧洲地平线2020”(extensions)的欧洲开放科学云(EOSC)光子和中子数据服务的支持下，Diamond与Volpe博士合作开发了一种用于同步加速器的新的特定数据密集型技术，以加速获取结果。

沃尔普博士目前的研究包括检查和识别由杏仁和核桃壳的原始生物质产生的炭，因为它们的孔隙性是环境应用的关键。定制这些炭的形态的能力可能预示着一个巨大的突破，通过创造廉价和可再生的能源存储、催化、水和土壤修复解决方案，帮助解决全球挑战。在生物炭生产过程中跟踪生物量的形态是实现这一目标的第一步。“我们所做的很简单，我们取杏仁壳和核桃壳，将它们通过热解生成一种炭质生物质——对生物质碳化的研究本质上反映了可以追溯到人类起源的将木材转化为木炭的技术。然而，在我们的研究中，这一过程的每一步都被监控，我们感兴趣的是正在创建的孔隙度。通过精确加热，我们可以在一克形成的生物炭内部的复杂孔隙网络中形成超过1000平方米的可接近表面积。”

他补充说:“这项工作的应用有很多，因为污染物(细菌、金属、污染分子)或离子(在能量存储的情况下)可以被水(或电解质)带入颗粒内孔隙网络，并被困在那里。当我们加热生物质颗粒时，跟踪这个孔隙网络的演变是这项工作的关键和真正的新奇之处。”

除了Diamond的传统波束时间之外，Volpe博士一直在expand赠款的数据方面进行合作，以开发加快数据访问的新流程。

沃尔普博士说，他从expand和Diamond团队那里得到的数据分析帮助加速了他的研究。他评论说，这些庞大数据集的数据挖掘是一门新的学科，需要广泛的合作。

“共享如此庞大而复杂的信息集是具有挑战性的，而expand赠款帮助确定了提供数据管理的更好方法，这对于加快结果和透明度非常有用。”

Diamond的科学小组负责人Paul Quinn博士解释道;“Diamond的成像技术使团队能够以足够的细节来可视化固体颗粒的结构，以检查小缝隙或孔隙，并跟踪随时间和温度变化的任何变化。这意味着我们可以提取关于这些孔隙演化及其复杂几何结构的大量细节。这一结果揭示了热处理生物质的基本行为，同时，允许Volpe博士和他的团队将颗粒和孔隙几何形状与温度独特地联系起来。”

他补充说:“这是一项伟大的成就，由于我的团队中科学家的奉献精神。Christoph Rau博士和其他许多为复杂测量做出贡献和支持的人，从实验可行性的建议，到炉的实验设置，以创造正确的环境和最佳的x射线成像条件，再到挖掘产生的大量数据。”

由于同步加速器每年产生pb级的数据，对这些巨大数据集的协作和协调方法的需求是大多数科学家/研究人员面临的问题，特别是那些在英国和欧洲的大型设施中工作的科学家/研究人员。为了增加这些数据的价值，它需要遵循最终可发现、可访问、可互操作和可重用(FAIR)的关键原则。这些原则将有助于数据最终向所有人开放。扩展的一个关键目标是使查找和共享研究数据更容易，这将有助于防止重复实验，促进科学进步，并使同步加速器数据公平。扩展的第二个目标是提供管理数据的指导方针，以支持共享和重用。

expand项目是10个国家光子和中子研究基础设施(PaN RIs)之间的合作。这个社区几乎涵盖了所有的研究领域，在数据管理方法方面有着巨大的多样性。这使得协调成为一项挑战。

DESY董事会主席Helmut Dosch教授博士总结道，DESY是expand赠款的主要合作伙伴:

“我们现在可以创造解决方案，未来甚至可以创造更多的解决方案——一个原子一个原子的材料，可以用来应对气候变化和疾病。但是这些数据，这些信息带来了大量的数据，我们需要一些概念如何将这些数据转化为有用的信息和知识。它需要合适的人;它需要正确的基础设施，也需要财政资源。但我现在只能说，知识是昂贵的，但无知我们负担不起。”