Νέο αλουμίνιο που υπόσχεται να αντικαταστήσει σπάνια μέταλλα και να μειώσει δραστικά το κόστος
Με επικεφαλής την Δρ. Clare Bakewell, ανώτερη λέκτορα στο Τμήμα Χημείας, οι ερευνητές δημιούργησαν άκρως αντιδραστικά μόρια αλουμινίου ικανά να διασπάσουν ορισμένους από τους ισχυρότερους χημικούς δεσμούς. Τα ευρήματά τους, που δημοσιεύτηκαν στο Nature Communications, αποκαλύπτουν επίσης εντελώς νέες μοριακές δομές, ανοίγοντας τον δρόμο για άγνωστους μέχρι σήμερα τύπους χημικής συμπεριφοράς.
Ανακάλυψη Μοναδικής Δομής Αλουμινίου
Οι ερευνητές ανέφεραν το πρώτο γνωστό παράδειγμα κυκλοτριαλουμάνιου, μιας ένωσης που αποτελείται από τρία άτομα αλουμινίου διατεταγμένα σε τριμερή — τριγωνική — δομή. Αυτός ο ασυνήθιστος σχηματισμός επιδεικνύει αξιοσημείωτη δραστικότητα. Το σημαντικότερο είναι ότι η δομή παραμένει άθικτη ακόμα και όταν διαλύεται σε διάφορα διαλύματα, παρέχοντάς της τη σταθερότητα που απαιτείται για μια ποικιλία χημικών αντιδράσεων.
Αυτές οι αντιδράσεις περιλαμβάνουν τη διάσπαση διυδρογόνου και την επιτρεπόμενη βήμα-προς-βήμα ενσωμάτωση και την αλυσιδωτή ανάπτυξη αιθενίου, ενός απλού υδρογονάνθρακα με 2 άνθρακες. Τέτοιες δυνατότητες υπογραμμίζουν τις προοπτικές της ένωσης για τη δημιουργία πιο σύνθετων μορίων.
Αντικατάσταση Ακριβών και Σπάνιων Μετάλλων
Τα μέταλλα παίζουν κεντρικό ρόλο στην παραγωγή τόσο καθημερινών όσο και εξειδικευμένων χημικών ουσιών που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία. Πολλές από αυτές τις διεργασίες βασίζονται σε πολύτιμα μέταλλα όπως η πλατίνα, τα οποία είναι δαπανηρά και μπορούν να έχουν σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις λόγω της εξόρυξής τους.
Οι επιστήμονες αναζητούν εναλλακτικές που είναι ευκολότερο να αποκτηθούν και πιο βιώσιμες. Η Δρ. Clare Bakewell εξήγησε: «Τα μεταβατικά μέταλλα είναι οι εργάτες της χημικής σύνθεσης και της κατάλυσης — αλλά πολλά από τα πιο χρήσιμα γίνονται όλο και πιο δύσκολο να προσπελαστούν και να εξαχθούν — συχνά βρίσκονται σε περιοχές πολιτικής αστάθειας, αυξάνοντας τη ζήτηση και την τιμή.
«Οι χημικοί στρέφονται προς πιο κοινά στοιχεία από τον περιοδικό πίνακα, και εμείς επιλέξαμε το αλουμίνιο, καθώς είναι εξαιρετικά άφθονο, καθιστώντας το περίπου 20.000 φορές φθηνότερο από πολύτιμα μέταλλα όπως η πλατίνα και το παλλάδιο.»
Επέκταση των Δυνατοτήτων της Χημείας του Αλουμινίου
Εκτός από τον σχεδιασμό ενώσεων αλουμινίου για χρήση στη χημική σύνθεση, η ομάδα ανακαλύπτει εντελώς νέες αντιδράσεις.
Η Δρ. Bakewell δήλωσε: «Αυτό που είναι ιδιαίτερο σε αυτήν την εργασία είναι ότι διευρύνουμε τα όρια της χημικής γνώσης. Το πιο συναρπαστικό είναι ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το τριμερές του αλουμινίου για να κατασκευάσουμε εντελώς νέες ενώσεις με επίπεδα δραστικότητας που δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ πριν — αυτές περιλαμβάνουν τους 5- και 7-μελείς δακτυλίους αλουμινίου και άνθρακα που σχηματίζονται μέσω αντίδρασης με αιθένιο. Αυτές οι δυνατότητες ξεπερνούν τα μεταβατικά μέταλλα που αρχικά προσπαθούσαμε να μιμηθούμε, φτάνοντας στην αιχμή της χημικής έρευνας.»
Αυτή η αναδυόμενη χημεία θα μπορούσε να επιτρέψει στους επιστήμονες να αναπτύξουν νέους τύπους αντιδράσεων ή να συναρμολογήσουν μεγαλύτερες μοριακές δομές με διακριτές ιδιότητες, οδηγώντας δυνητικά σε νέα υλικά και προϊόντα.
Προς Καθαρότερη και Φθηνότερη Χημική Παραγωγή
Η Bakewell τόνισε ότι η έρευνα βρίσκεται ακόμα στα αρχικά της στάδια, αλλά παρουσιάζει σημαντικές υποσχέσεις.
Είπε: «Είμαστε πολύ στη φάση της εξερεύνησης και μόλις τώρα αρχίζουμε να ξεκλειδώνουμε τις δυνατότητες αυτών των άφθονων υλικών της γης.
«Όμως, από ό,τι έχουμε δει ήδη, αυτή η χημεία θα μπορούσε να υποστηρίξει τη μετάβαση σε καθαρότερη, πιο πράσινη και φθηνότερη χημική παραγωγή, κάνοντας παράλληλα νέες ανακαλύψεις.»