Sloan Fellowships werden die Forschung in den Bereichen saubere Energie und Quantenphysik vorantreiben

Zhu und Schauss sind zwei von 125 ausgewählten Wissenschaftlern, die das diesjährige Stipendium erhalten. Diese zweijährigen, mit 75.000 US-Dollar dotierten Stipendien sind eine der prestigeträchtigsten Auszeichnungen für junge amerikanische und kanadische Forscher und werden jährlich an Nachwuchswissenschaftler vergeben, die für herausragende Leistungen und ihr Potenzial, bedeutende Beiträge in ihren Bereichen zu leisten, identifiziert wurden.

Die Chemie sauberer Energie

Zhu konzentriert sich als Leiter des Labors für Nanoenergie und Umweltkatalyse des Colleges auf die Wissenschaft hinter der Produktion und Nutzung sauberer Energie und auf die Umweltsanierung. In den USA basiert die Energie- und Chemieindustrie heute hauptsächlich auf der Nutzung fossiler Brennstoffe, die in nutzbare Formen umgewandelt werden müssen, ein Prozess, der umweltschädliche Treibhausgase erzeugt. Mit ihrem Forscherteam arbeitet Zhu an der Entwicklung von Lösungen, die die Chemie- und Kraftstoffproduktion durch den Einsatz erneuerbarer Energien umweltfreundlicher und erschwinglicher machen.

„Alles, was wir tun, bezieht sich auf die Entwicklung neuer katalytischer Prozesse für die Kraftstoff- und Chemikalienproduktion, die von sauberen, erneuerbaren Energiequellen wie Wind und Sonne angetrieben werden, die uns heute zur Verfügung stehen“, sagte Zhu.

Die zur Umwandlung von Sonnenlicht in Strom erforderliche Technologie hat sich schnell entwickelt, aber Ineffizienzen bei der Speicherung und Verteilung dieser Energie und die Kosten ihrer Erzeugung sind nach wie vor ein erhebliches Problem.

Eine Quelle für Sonnenenergie wird aus der Aufspaltung von Wassermolekülen in Sauerstoff und Wasserstoff gewonnen. Der durch den Prozess erzeugte Wasserstoff wird als Brennstoff in einer Form gespeichert, die von einem Ort zum anderen übertragen und zur Stromerzeugung nach Bedarf verwendet werden kann.

Ein Katalysator wird benötigt, um die Wassermoleküle zu spalten, aber die derzeitigen katalytischen Materialien sind nicht effizient genug, um den Prozess praktikabel zu machen.

„Wenn Sie den geeigneten Katalysator verwenden, können wir Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff spalten“, sagte Zhu. „Der Wasserstoff kann als Brennstoffquelle verwendet werden, und bei diesem Prozess gibt es überhaupt keine CO2-Emission.“

Ein weiterer wesentlicher Nachteil einer auf Petrochemikalien basierenden Energieinfrastruktur besteht darin, dass sie ungefähr 925 Tonnen Kohlendioxid oder mehr als 2 Millionen Pfund pro Jahr produziert. Gegenwärtige Praktiken nutzen Reaktionen zur Herstellung von Wasserstoff, erzeugen aber gleichzeitig „eine enorme Menge an CO2“, sagte Zhu.

Ihre Forschung zur Entwicklung neuer chemischer Wege zur Herstellung von grünem Wasserstoff könnte die Energiewirtschaft in nur fünf Jahren verändern.

Zhu konzentriert sich auch auf die industrielle Produktion von Ammoniak, einem wichtigen Bestandteil von Düngemitteln, die zur Herstellung von Nahrungsmitteln für die wachsende Weltbevölkerung verwendet werden. Der Produktionsprozess erzeugt bis zu drei Tonnen CO2 pro Tonne produziertem Ammoniak.

Die Überdüngung von Pflanzen in der Agrarindustrie führt zum Abfließen von Ammoniak, der Hauptquelle der Nitratverschmutzung unseres Grundwassers, und Zhus Gruppe sucht nach chemischen Lösungen, um Ammoniak aus kontaminiertem Wasser zurückzugewinnen, damit es wieder für die Düngemittelproduktion verwendet werden kann.

Ihre Arbeit bei der Rückgewinnung von Ammoniak aus Nitraten brachte Zhu auch einen der renommierten CAREER Awards der National Science Foundation ein, mit denen die vielversprechendsten Nachwuchsfakultätsmitglieder des Landes in den Naturwissenschaften und Ingenieurwissenschaften ausgezeichnet werden. Der Zuschuss wird zusätzliche Mittel für das Labor von Zhu bereitstellen und Bildungs- und Öffentlichkeitsarbeit unterstützen, die darauf abzielen, das Interesse an den MINT-Bereichen und an der Wissenschaft der Nachhaltigkeit bei K-12-Studenten zu fördern.

Der Erhalt des Sloan durch Zhu ist ein weiterer Beweis für die Bedeutung der Forschungsanstrengungen von UVA für grünen Wasserstoff.

„Unsere Fakultät steht an der Spitze der chemischen Forschung, und Auszeichnungen wie die Sloan Fellows zeigen das Spitzenniveau der Forschung, die in der Chemieabteilung und am College of Arts & Sciences stattfindet“, sagte Jill Venton, Vorsitzende der Abteilung Chemie des Colleges . „Wir haben Professorin Zhu letztes Jahr aufgrund ihrer führenden Forschung im Bereich Nanomaterialien rekrutiert, und sie wurde sofort zu einer Schlüsselfigur der Energie- und Katalyseinitiativen, einschließlich der Grand Challenge in Environmental Resilience and Sustainability und eines Energy Earthshots-Stipendiums des Energieministeriums.“

Erkunden Sie das Quantenreich

Seit seiner Zeit als Doktorand in Deutschland leistete Peter Schauss Pionierarbeit bei der Verwendung von Quantengasmikroskopen zum Nachweis einzelner Atome. Jetzt, in seinem fünften Jahr als Assistenzprofessor für Physik an der UVA, ist Schauss international anerkannt für seine Arbeit mit ultrakalten Quantengasen und in der Quanten-Vielteilchenphysik oder der Untersuchung des Verhaltens von Ensembles wechselwirkender Quantenteilchen.

„Die Ernennung zum Sloan Fellow ist eine unglaubliche Ehre. Es öffnet die Tür zu so vielen Möglichkeiten“, sagt Schauss, der sein Labor für die Erforschung ultrakalter Quantenmaterie im Physical and Life Sciences Research Building des College unterhält.

„Peter ist extrem talentiert“, sagte Despina Louca, Maxine S. und Jesse W. Beams Professorin für Physik von UVA und Vorsitzende der Fakultät für Physik des College. „Der Fachbereich Physik ist sehr stolz auf seine Leistungen und freut sich sehr, jemanden seines Kalibers hier zu haben.“

Die Entwicklung von Quantengasmikroskopen ermöglichte es Schauss und anderen Forschern, ein breiteres Spektrum der Physik zu erforschen.