Energie und Klima

Die Energieforschung am PSI konzentriert sich auf Prozesse, die in nachhaltigen und sicheren Technologien für eine möglichst CO2-freie Energieversorgung eingesetzt werden können. Wichtiger Schwerpunkt sind erneuerbare Energien. Auf der Versuchsplattform ESI (Energy System Integration) können Forschung und Industrie Lösungsansätze zur Einbindung erneuerbarer Energien in das Energiesystem testen. Ein weiterer Schwerpunkt des Bereichs ist die sichere Anwendung von Kernenergie. Diese Aktivitäten werden ergänzt durch Analysen zur ganzheitlichen Betrachtung von Energiesystemen. In der Klima- und Umweltforschung werden chemische Prozesse in der Atmosphäre untersucht.

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Two-dimensional slice obtained from the entire tomogram
•Energy and Climate

Polymer electrolyte water electrolysis: Understanding the microstructure of a core-shell based anode catalyst layer

Reducing precious metal loading in the anodic catalyst layer (CL) is indispensable for lowering capital costs and enabling the widespread adoption of polymer electrolyte water electrolysis (PEWE). This work presents the first three-dimensional reconstruction of a TiO2-supported IrO2 based core shell catalyst layer, using high-resolution X-ray ptychographic tomography at cryogenic temperature of 90 K. The high data quality and phase sensitivity of the technique have allowed the reconstruction of all four phases namely pore space, IrO2, TiO2 support matrix and the ionomer network, the latter of which has proven to be a challenge in the past.

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Das PSI hat langjährige Forschungserfahrung im Bereich der Radionuklidtherapie.
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Vielversprechende Zusammenarbeit mit ITM im Bereich der Krebstherapie

Das PSI und ITM Isotope Technologies Munich SE (ITM), ein führendes radiopharmazeutisches Biotech-Unternehmen, haben eine Kollaboration für die gemeinsame Entwicklung der Herstellung eines neuartigen therapeutischen Radionuklids, Terbium-161, abgeschlossen. In dieser Zusammenarbeit werden PSI und ITM ihre jeweiligen Technologien und Fachkenntnisse in der Herstellung von Terbium-161, einschliesslich der klinischen und kommerziellen Verwendung in der gezielten Radionuklidtherapie zur Behandlung von Krebs, kombinieren. Ziel ist es, Krebspatienten neue und besser Behandlungsmöglichkeiten bieten zu können.

Terbium-161 wurde aufgrund seiner hervorragenden physikalisch-chemischen Eigenschaften als ein sehr vielversprechendes therapeutisches Isotop für die gezielte Radionuklidtherapie bei Krebs identifiziert: Die überzeugenden therapeutischen Fähigkeiten von Terbium 161 konnte in diversen präklinischen Studien am PSI gezeigt werden. In der Zusammenarbeit mit ITM – ein Pionier und wichtiger Akteur im Bereich der Anwendung von Radiopharmazeutika – soll die langjährige Forschung des PSI mit den umfassenden Kenntnissen von ITM kombinieren, um weitere Innovationen im Bereich der Radionuklidtherapie voranzutreiben.

Mit dieser Zusammenarbeit erweitert ITM sein Forschungs- und Produktionsportfolio neben Lutetium-177 und Actinium-225, welche derzeit die am häufigsten verwendeten medizinischen Radioisotope für eine gezielte Radionuklidtherapie sind und via ITM weltweit an Krankenhäuser und Pharmapartner geliefert werden.

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Zr

Deciphering the Mechanism of Crystallization of UiO-66 Metal-Organic Framework

Zirconium-containing metal-organic framework (MOF) with UiO-66 topology is an extremely versatile material, which finds applications beyond gas separation and catalysis.  By means of in situ time-resolved high-resolution mass spectrometry, Zr K-edge X-ray absorption spectroscopy, magic-angle spinning nuclear magnetic resonance spectroscopy, and X-ray diffraction it is showed that the nucleation of UiO-66 occurs via a solution-mediated hydrolysis of zirconium chloroterephthalates, whose formation appears to be autocatalytic.

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Photograph of the refractive X-ray lens

Apochromatic X-ray focusing

A team of scientists from the Paul Scherrer Institut, the University of Basel and DESY have demonstrated the first-ever realization of apochromatic X-ray focusing using a tailored combination of a refractive lens and a Fresnel zone plate. This innovative approach enables the correction of the chromatic aberration suffered by both refractive and diffractive lenses over a wide range of X-ray energies. This groundbreaking development in X-ray optics have been just published in the scientific journal Light: Science & Applications.

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ANAXAM lädt zur Informationsveranstaltung am 29.Juni ein.
•2 min

Industrie-Anlass: «Advanced Manufacturing» - was darf Mehrwert kosten?

ANAXAM, cross-ING und inspire AG laden interessierte Industrievertreter am 29.Juni 2023 herzlich zu ihrer Informationsveranstaltung zum Thema «AM im Spannungsfeld – was darf Mehrwert kosten?» ein.

Erfolgreiche AM-Lösungen zeichnen sich dadurch aus, dass diese durch das ganze Unternehmen verstanden und mitgetragen werden. Der durch die additive Fertigung ermöglichte Zusatznutzen – der „added value“ – muss aus der Entwicklungsabteilung über das Marketing und den Verkauf bis zum Kunden transportiert und kommuniziert werden.

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Schematic representation of the processes triggering the evolution of O2 on Ir-based catalysts
•Energy and Climate

The evolution of O2 on Ir-based catalysts requires the complete oxidation of their surface to Ir+5

The evolution of O2 occurring in polymer electrolyte water electrolyzer anodes is a very slow reaction that must be catalyzed using iridium (Ir-) based materials. However, Ir is an extremely scarce metal, and thus the extended commercialization of these electrolyzers will only be possible if the amount of Ir implemented in their anodes is drastically reduced. This requires an improved understanding of the individual steps through which these Ir-based materials catalyze the evolution of O2. To shed light on this matter, in this work we studied four different Ir-based catalysts under operative conditions using time resolved X-ray absorption spectroscopy. Our results show for the first time that, despite the differences between these materials, their surfaces must systematically be completely oxidized to a +5 state in order for the evolution of O2 to proceed on them.

 

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Zhong et al

Nodeless electron pairing in CsV3Sb5-derived kagome superconductors

The newly discovered kagome superconductors represent a promising platform for investigating the interplay between band topology, electronic order and lattice geometry. Despite extensive research efforts on this system, the nature of the superconducting ground state remains elusive. In particular, consensus on the electron pairing symmetry has not been achieved so far, in part owing to the lack of a momentum-resolved measurement of the superconducting gap structure. Here we report ...

 

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Sen_highlight

Ultrafast structural changes direct the first molecular events of vision

The visual pigment rhodopsin plays a critical role in the process of low-light vision in vertebrates. It is present in the disk membranes of rod cells in the retina and is responsible for transforming the absorption of light into a physiological signal. Rhodopsin has a unique structure that consists of seven transmembrane (TM) α-helices with an 11-cis retinal chromophore covalently bound to the Lysine sidechain of 7th TM helix. A negatively charged amino acid (glutamate) forms a salt bridge with the protonated Schiff base (PSB) of the chromophore to stabilize the receptor in the resting state.

Rhodopsin transforms the absorption of light into a physiological signal through conformational changes that activate the intracellular G protein transducin—a member of the Gi/o/t family—initiating a signaling cascade, resulting in electrical impulses sent to the brain and ultimately leading to visual perception. Although previous studies have provided valuable insights into the mechanism of signal transduction in rhodopsin, methods that provide both a high spatial and temporal resolution are necessary to fully understand the activation mechanism at the atomic scale from femtoseconds to milliseconds. This study presents the first experimentally-derived picture of the rhodopsin activation mechanism at the atomic scale using time-resolved serial femtosecond crystallography in association with hybrid quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM) simulations. The results show that light-induced structural changes in rhodopsin occur on a timescale of hundreds of femtoseconds, and they reveal new details about the conformational changes that occur during activation.

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Ortiz et al 2

Quantum disordered ground state in the triangular-lattice magnet NaRuO2

It has long been hoped that spin liquid states might be observed in materials that realize the triangular-lattice Hubbard model. However, weak spin–orbit coupling and other small perturbations often induce conventional spin freezing or magnetic ordering. Sufficiently strong spin–orbit coupling, however, can renormalize the electronic wavefunction and induce anisotropic exchange interactions that promote magnetic frustration.

 

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