«Сокрушительные» химические инновации в самом сердце

Ученые раскроют работу на атомном уровне внутри процессов дробления и измельчения в механической химии и смогут расширить свои достижения, чтобы сделать химическое производство более устойчивым и экономически эффективным.

Центр перспективных научных исследований, GC/CUNY

изображение: Три вида массивов полимерных ручек, используемых для изучения механохимических реакций. Заостренная часть каждого наконечника микроскопа может «давить» на молекулу, вызывая химическую реакцию.посмотреть больше

Фото: Дэниел Валлес и Ержан Жолдасов/Центр передовых научных исследований при Центре аспирантуры CUNY.

НЬЮ-ЙОРК, 8 августа 2023 г. — Лаборатория исследователя ASRC CUNY Адама Брауншвейга является частью недавно выделенного Национального научного фонда США центра стоимостью 20 миллионов долларов для понимания тайн «сокрушительной» химии атомного масштаба. В рамках многоинституциональной премии будет создан Центр механического контроля химии (CMCC), который будет проводить работу, чтобы понять, как механическое применение силы может обеспечить новые достижения в химии и сделать промышленные процессы более дешевыми и экологически чистыми.

«Я очень рад, что моя лаборатория играет роль в исследованиях, которые могут преобразовать химическую промышленность таким образом, чтобы значительно сократить количество токсичных отходов, которые она производит», — сказал Брауншвейг, соруководитель исследователя NSF. Грант и профессор Инициативы по нанонауке CUNY ASRC и факультетов химии и биохимии Хантер-колледжа.

CMCC будет возглавлять Техасский университет A&M, а исследования и финансирование будут осуществляться более чем 10 учреждениями. Лаборатория Брауншвейга в течение следующих пяти лет получит финансирование для поддержки нового научного сотрудника, двух студентов и увеличения вычислительных мощностей. Кроме того, команда получит финансирование на создание фрезерных устройств, осуществляющих механохимические реакции.

Механическая химия, или механохимия, представляет собой измельчение химических веществ с образованием реакций и веществ. Его издавна используют химики и природа — например, алмазы создаются, когда углерод сжимается под огромным давлением внутри Земли. Хотя механическая химия использовалась для измельчения всего: от пигментов на картинах эпохи Возрождения до лекарственных соединений в местной аптеке, процессы атомного масштаба, лежащие в основе таких сокрушительных преобразований, до конца не изучены и не предсказуемы. Более того, хотя тепло или свет часто используются для передачи энергии, необходимой для создания и разрыва связей в химических реакциях, использование механической силы для передачи этой энергии и, таким образом, для запуска новых типов химии остается недостаточно изученной областью.

«Используя традиционные химические методы, химики открыли множество эффективных способов создания веществ, которые улучшают здоровье и процветание человека — например, аммиак, необходимый для сельскохозяйственных удобрений, которые помогают обеспечить мировые поставки продовольствия. Но такие вещества потенциально могут производиться более устойчивыми методами. путь через неизведанные методы механической химии», — говорит помощник директора NSF по математическим и физическим наукам Шон Л. Джонс. «Центр механического контроля химии NSF сосредоточится на предоставлении информации, необходимой инновационным умам по всей Америке для его масштабирования».

Сам центр расширяется. 20 миллионов долларов от NSF — это награда второго этапа программы «Центры химических инноваций», которая поддерживает несколько центров, нацеленных на решение фундаментальных проблем в химических исследованиях и разработку последующих инноваций. В 2020 году CMCC получил награду первой фазы в размере 2 миллионов долларов. Дополнительное финансирование позволит центру стать связующим звеном исследований в области механической химии в США, поддерживая работу в 11 учреждениях США в девяти штатах.

Новое финансирование предоставит центру инструменты, способные исследовать эффекты механической силы на атомном уровне, такие как атомно-силовые микроскопы, электронные микроскопы, алмазные наковальни высокого давления и другие. Центр будет способствовать росту научных кадров посредством обучения и наставничества для начинающих исследователей-докторантов, студентов и аспирантов, а также будет проводить образовательную информационно-пропагандистскую деятельность с местными студентами и преподавателями K-12.