„Zerschlagen“ chemischer Innovationen im Herzen

Wissenschaftler wollen die Funktionsweise des Zerkleinerns und Mahlens der mechanischen Chemie auf atomarer Ebene enthüllen, mit dem Potenzial, ihre Fortschritte zu steigern, um die chemische Herstellung nachhaltiger und kostengünstiger zu gestalten.

Advanced Science Research Center, GC/CUNY

Bild: Drei Ansichten von Polymerstiftanordnungen zur Untersuchung mechanochemischer Reaktionen. Der spitze Teil jeder mikroskopischen Spitze kann auf ein Molekül „drücken“ und so eine chemische Reaktion auslösen.mehr sehen

Bildnachweis: Daniel Valles und Yerzhan Zholdassov/Advanced Science Research Center am CUNY Graduate Center

NEW YORK, 8. August 2023 – Das Labor des CUNY ASRC-Forschers Adam Braunschweig ist Teil eines kürzlich von der US-amerikanischen National Science Foundation mit 20 Millionen US-Dollar ausgestatteten Zentrums zur Erforschung der Geheimnisse der „zerstörenden“ Chemie auf atomarer Ebene. Mit dem multiinstitutionellen Preis wird das Center for the Mechanical Control of Chemistry (CMCC) gegründet, das daran arbeiten wird, zu verstehen, wie die mechanische Anwendung von Kraft neue Fortschritte in der Chemie ermöglichen und industrielle Prozesse billiger und umweltfreundlicher machen kann.

„Ich freue mich, dass mein Labor eine Rolle in der Forschung spielt und das Potenzial hat, die Chemieindustrie so zu verändern, dass der von ihr erzeugte Giftmüll drastisch reduziert wird“, sagte Braunschweig, der Co-Hauptforscher der NSF ist Stipendium und Professor bei der CUNY ASRC Nanoscience Initiative und den Abteilungen Chemie und Biochemie des Hunter College.

CMCC wird von der Texas A&M University geleitet, wobei Forschung und Finanzierung auf zehn Institutionen verteilt sind. Das Braunschweiger Labor erhält in den nächsten fünf Jahren Fördermittel zur Unterstützung eines neuen Postdoktoranden, zweier Studenten und einer erhöhten Rechenkapazität. Darüber hinaus erhält das Team Fördermittel für den Bau von Mahlgeräten, die mechanochemische Reaktionen durchführen.

Unter mechanischer Chemie oder Mechanochemie versteht man die Zerkleinerung von Chemikalien zur Erzeugung von Reaktionen und Substanzen. Es wird seit langem von Chemikern und der Natur gleichermaßen genutzt – Diamanten entstehen beispielsweise, wenn Kohlenstoff unter enormem Druck im Erdinneren komprimiert wird. Während mechanische Chemie eingesetzt wurde, um alles zu zermahlen, von Pigmenten in Renaissance-Gemälden bis hin zu medizinischen Verbindungen in Ihrer örtlichen Apotheke, sind die Prozesse auf atomarer Ebene, die diesen vernichtenden Transformationen zugrunde liegen, weder vollständig verstanden noch vorhersehbar. Darüber hinaus werden Wärme oder Licht häufig verwendet, um die Energie zu übertragen, die zum Knüpfen und Aufbrechen von Bindungen in chemischen Reaktionen erforderlich ist. Der Einsatz mechanischer Kraft zur Übertragung dieser Energie und damit zur Förderung neuer Arten der Chemie bleibt ein unerforschtes Gebiet.

„Mit traditionellen chemischen Methoden haben Chemiker viele wirksame Wege entdeckt, um Substanzen herzustellen, die die Gesundheit und den Wohlstand der Menschen verbessert haben – wie zum Beispiel Ammoniak, das für landwirtschaftliche Düngemittel unerlässlich ist, die zur weltweiten Nahrungsmittelversorgung beitragen. Aber solche Substanzen könnten möglicherweise auf nachhaltigere Weise hergestellt werden.“ Weg durch unentdeckte Techniken der mechanischen Chemie“, sagt Sean L. Jones, stellvertretender Direktor der NSF für Mathematische und Physikalische Wissenschaften. „Das Center for the Mechanical Control of Chemistry der NSF wird sich darauf konzentrieren, die Erkenntnisse bereitzustellen, die innovative Köpfe in ganz Amerika benötigen, um es zu vergrößern.“

Das Zentrum selbst wird vergrößert. Die 20 Millionen US-Dollar von NSF sind eine Phase-2-Auszeichnung ihres Programms „Centers for Chemical Innovation“, das mehrere Zentren unterstützt, die sich der Lösung grundlegender Herausforderungen in der chemischen Forschung und der Entwicklung nachfolgender Innovationen widmen. CMCC erhielt im Jahr 2020 eine Phase-1-Auszeichnung in Höhe von 2 Millionen US-Dollar. Die zusätzliche Finanzierung wird es dem Zentrum ermöglichen, zu einem Knotenpunkt für die mechanische Chemieforschung in den gesamten USA zu werden, indem es die Arbeit an 11 US-Institutionen in neun Bundesstaaten unterstützt.

Durch die neue Finanzierung wird das Zentrum mit Instrumenten ausgestattet, mit denen sich die Auswirkungen mechanischer Kräfte auf atomarer Ebene untersuchen lassen, beispielsweise Rasterkraftmikroskope, Elektronenmikroskope, Hochdruck-Diamantambosse und andere. Das Zentrum wird dazu beitragen, die wissenschaftliche Belegschaft durch Schulung und Mentoring für junge Postdoktoranden sowie Studenten und Doktoranden zu vergrößern, und es wird Bildungsaktivitäten mit lokalen K-12-Schülern und -Lehrern durchführen.

Weitere Informationen finden Sie im NSF-Programm „Centers for Chemical Innovation“.

Über das Advanced Science Research Center am CUNY Graduate Center Das Advanced Science Research Center am CUNY Graduate Center (CUNY ASRC) ist ein weltweit führendes Zentrum für wissenschaftliche Exzellenz, das die MINT-Forschung und -Ausbildung an CUNY und darüber hinaus fördert. Die Forschungsinitiativen des CUNY ASRC umfassen fünf unterschiedliche, aber eng miteinander verbundene Disziplinen: Nanowissenschaften, Photonik, Neurowissenschaften, Strukturbiologie und Umweltwissenschaften. Das Zentrum fördert eine kollaborative, interdisziplinäre Forschungskultur, in der renommierte und aufstrebende Wissenschaftler ihre Entdeckungen mit modernster Ausrüstung und hochmodernen Kernanlagen vorantreiben.

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