Одним из наиболее распространенных применений редких переходных металлов является действие в качестве катализаторов. Катализаторы – это, по сути, вещества, которые ускоряют химические реакции, не расходуясь сами. Они проявляются во всем: от производства удобрений до каталитических нейтрализаторов, находящихся под вашим автомобилем. Но поскольку эти катализаторы изготавливаются из редких металлов, таких как платина и палладий, они оказываются дорогими. Такие металлы, как платина, тоже сложно добывать из-за их редкости. Поэтому неудивительно, что химики уже много лет ищут альтернативы. И теперь мы, наконец, можем получить ответ в виде алюминия, одного из наиболее распространенных металлов на Земле.
Ответ пришел из Королевского колледжа Лондона, где команде исследователей, работающих вместе с химиками из Тринити-колледжа Дублина, удалось создать совершенно новую форму металла, которая могла бы заменить эти более дорогие варианты. Металл был преобразован в новую молекулу, которую они назвали циклотриалюманом. По сути, это три атома алюминия, соединенные вместе в треугольнике, что делает его тримером. Полные результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Тример — это то, что делает все это возможным, потому что он ведет себя во многом как платина и палладий. Эти два металла отлично стимулируют химические реакции, но, по словам старшего автора доктора Клэр Бэйкуэлл, платина и палладий в колоссальные 20 000 раз дороже алюминия. Но циклотриалюман — это больше, чем просто бюджетная подделка, поскольку он может вызывать реакции, с которыми сталкиваются даже более дорогие металлы. Он также сохраняет целостность при растворении в различных растворах. Это очень важно, потому что многие выращенные в лаборатории реакционноспособные молекулы распадаются, как только соприкасаются с растворителем. Эти преимущества приводят к ряду побед для каждого.
Что на самом деле может сделать этот необычный алюминий
Молекула уже на первых порах показала себя многообещающе в лаборатории, что позволяет предположить, что в конечном итоге она может помочь в проведении важных химических реакций. Исследователи смогли использовать его для расщепления диводорода, молекул H2, из которых состоит газообразный водород. Расщепление молекулы водорода является основным фактором производства водородной энергии и тем же процессом, который используется в транспортных средствах с водородным двигателем, поэтому это может помочь в производстве экологически чистого топлива. Молекула также выступала в качестве катализатора в контролируемом росте цепи этена, который является одним из основных строительных блоков пластмасс.
А еще есть странные вещи. Бэйкуэлл и ее команда обнаружили, что реакция тримера с этином создает кольцевые структуры, которые ранее никто не документировал. К ним относятся кольца, построенные из пяти и семи атомов алюминия и углерода, смешанных вместе. Это намекает на совершенно новый класс реакций, которые выходят за рамки того, с чем платина и палладий могут справиться самостоятельно.
Сегодня большая часть мировой платины добывается в Южной Африке. Для извлечения даже нескольких граммов требуется переработка не менее тонны руды, на что требуется тонна энергии. Это проблема, поскольку тамошняя энергосистема по-прежнему в значительной степени зависит от угля. Замена платины на алюминий позволит сократить воздействие на окружающую среду, а также снизить затраты. Металл уже доказывает свою ценность в других экологических инициативах, поскольку исследователи нашли новый способ переработки батарей с использованием старой алюминиевой фольги. Конечно, команда все еще находится на исследовательской стадии, и еще предстоит проделать большую работу, чтобы добиться вышеупомянутых побед в больших масштабах. Но если результаты подтвердятся, алюминий может оказаться слишком пригодным для использования в кухонном ящике в качестве фольги.
