Le innovazioni chimiche "schiaccianti" al centro

Gli scienziati dovranno svelare i meccanismi a livello atomico all'interno della frantumazione e della macinazione della chimica meccanica, con il potenziale di ampliare i loro progressi per rendere la produzione chimica più sostenibile ed economicamente vantaggiosa.

Centro di ricerca scientifica avanzata, GC/CUNY

immagine: tre viste di array di penne polimeriche utilizzate per studiare le reazioni meccanochimiche. La parte appuntita di ciascuna punta microscopica può "spingere" una molecola, innescando una reazione chimica.vedere di più

Crediti: Daniel Valles e Yerzhan Zholdassov/Centro di ricerca scientifica avanzata presso il CUNY Graduate Center

NEW YORK, 8 agosto 2023 — Il laboratorio del ricercatore Adam Braunschweig della CUNY ASRC fa parte di un centro recentemente assegnato da 20 milioni di dollari dalla National Science Foundation degli Stati Uniti per comprendere i misteri su scala atomica della chimica "frantumante". Il premio multiistituzionale istituirà il Centro per il controllo meccanico della chimica (CMCC), che condurrà un lavoro per comprendere come l’applicazione meccanica della forza possa consentire nuovi progressi nella chimica e rendere i processi industriali più economici e più rispettosi dell’ambiente.

"Sono entusiasta che il mio laboratorio stia svolgendo un ruolo nella ricerca con il potenziale di trasformare l'industria manifatturiera chimica in modo da ridurre drasticamente i rifiuti tossici che genera", ha affermato Braunschweig, che è uno dei ricercatori principali della NSF borsa di studio e professore presso la CUNY ASRC Nanoscience Initiative e i dipartimenti di chimica e biochimica dell'Hunter College.

Il CMCC sarà guidato dalla Texas A&M University con ricerca e finanziamenti distribuiti su 10 istituzioni. Il laboratorio di Braunschweig riceverà finanziamenti nei prossimi cinque anni per sostenere un nuovo ricercatore post-dottorato, due studenti e una maggiore capacità computazionale. Inoltre, il team riceverà finanziamenti per la costruzione di dispositivi di fresatura che eseguono reazioni meccanochimiche.

La chimica meccanica, o meccanochimica, è la frantumazione di sostanze chimiche per produrre reazioni e sostanze. È stato utilizzato a lungo sia dai chimici che dalla natura: ad esempio, i diamanti vengono creati quando il carbonio viene compresso sotto un’enorme pressione all’interno della Terra. Sebbene la chimica meccanica sia stata utilizzata per macinare qualsiasi cosa, dai pigmenti nei dipinti di epoca rinascimentale ai composti medicinali nella farmacia locale, i processi su scala atomica al centro di tali trasformazioni schiaccianti non sono completamente compresi o prevedibili. Inoltre, mentre il calore o la luce sono spesso utilizzati per impartire l’energia necessaria per creare e rompere i legami nelle reazioni chimiche, l’uso della forza meccanica per impartire quell’energia e quindi promuovere nuovi tipi di chimica rimane una frontiera sottoesplorata.

"Utilizzando metodi chimici tradizionali, i chimici hanno scoperto molti modi efficaci per creare sostanze che hanno migliorato la salute e la prosperità umana, come l'ammoniaca essenziale per i fertilizzanti agricoli, che aiutano a garantire l'approvvigionamento alimentare mondiale. Ma tali sostanze potrebbero potenzialmente essere prodotte in un modo più sostenibile." attraverso tecniche sconosciute di chimica meccanica", afferma Sean L. Jones, vicedirettore della NSF per le scienze matematiche e fisiche. "Il Centro per il controllo meccanico della chimica della NSF si concentrerà sulla fornitura delle conoscenze necessarie alle menti innovative di tutta l'America per ampliarlo."

Il centro stesso viene ampliato. I 20 milioni di dollari della NSF rappresentano un premio di fase due del programma Centers for Chemical Innovation, che supporta più centri volti a risolvere le sfide fondamentali nella ricerca chimica e a sviluppare le successive innovazioni. Il CMCC ha ricevuto un premio di fase uno da 2 milioni di dollari nel 2020. Il finanziamento aggiuntivo consentirà al centro di diventare un punto di collegamento per la ricerca sulla chimica meccanica negli Stati Uniti, sostenendo il lavoro presso 11 istituzioni statunitensi in nove stati.

Il nuovo finanziamento fornirà al centro strumenti in grado di studiare gli effetti della forza meccanica a livello atomico, come microscopi a forza atomica, microscopi elettronici, incudini di diamante ad alta pressione e altri. Il centro aiuterà a far crescere la forza lavoro scientifica attraverso la formazione e il tutoraggio per ricercatori post-dottorato all'inizio della carriera, studenti universitari e laureati, e condurrà attività di sensibilizzazione educativa con studenti e insegnanti locali delle scuole primarie e secondarie.