Новая форма алюминия может заменить драгоценные металлы в химической промышленности.

Исследователи из Королевский колледж Лондона сообщили о создании новой формы алюминия, которая может стать более доступной и экологичной альтернативой широко применяемым редкоземельным и драгоценным металлам.

Команда под руководством доктора Клэр Бэкуэлл, старшего преподавателя кафедры химии, разработала высокореакционноспособные молекулы алюминия, способные разрывать прочные химические связи. По словам учёных, такие соединения открывают новые возможности для использования этого распространённого металла в химической промышленности.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications. Авторы также сообщили об обнаружении ранее не наблюдавшихся молекулярных структур, что, как ожидается, расширит представления о реакционной способности алюминия и позволит разрабатывать новые типы химических процессов.

Исследовательская группа представила первый пример циклотриалюмана — соединения, состоящего из трёх атомов алюминия, объединённых в тримерную (треугольную) структуру.

Учёные отмечают, что полученная молекула демонстрирует беспрецедентную реакционную способность. При этом её трёхчленная структура сохраняется даже при растворении в различных средах, что обеспечивает соединению достаточную устойчивость для практического применения в химических реакциях.

В частности, циклотриалюман способен участвовать в расщеплении молекулы водорода (H₂), а также в пошаговом присоединении и цепном наращивании двухуглеродного углеводорода — этилена. По мнению авторов работы, такие свойства открывают перспективы для разработки новых методов синтеза и более эффективного использования алюминия в химической промышленности.

Металлы играют ключевую роль в производстве широкого спектра как массовых, так и специализированных химических веществ. Они широко применяются в промышленных процессах, особенно в катализе. При этом во многих технологиях по-прежнему используются дорогостоящие драгоценные металлы, такие как платина и палладий, добыча которых сопряжена с серьёзной нагрузкой на окружающую среду.

Поиск альтернатив таким материалам ведётся уже не одно десятилетие. Как отметила Клэр Бэкуэлл, переходные металлы остаются «рабочими лошадками» химического синтеза и катализа. Однако многие из наиболее востребованных элементов становятся всё менее доступными и более сложными в добыче. По её словам, часть таких металлов сосредоточена в регионах с политической нестабильностью, что дополнительно влияет на рост спроса и цен на мировом рынке.

Химики все чаще обращаются к более распространенным элементам периодической таблицы. В качестве одного из приоритетных направлений исследователи выбрали алюминий — благодаря его высокой распространенности в природе этот металл примерно в 20 000 раз дешевле таких драгоценных металлов, как платина и палладий, что делает его перспективной альтернативой в химическом синтезе.

Команда учёной добилась значительных успехов в создании новых алюминиевых соединений, пригодных для химического синтеза. Кроме того, в ходе работы исследователи выявили ряд ранее неизвестных и перспективных реакций, что открывает дополнительные возможности для развития современной химии.

Доктор Бэкуэлл подчеркнула, что новое исследование существенно расширяет границы современных химических знаний. По её словам, учёным удалось использовать тример алюминия для синтеза принципиально новых соединений с ранее не наблюдавшимися уровнями реакционной способности.

«Самое интересное, что мы можем применять этот тример алюминия для создания совершенно новых структур, — отметила она. — В частности, речь идёт о формировании пяти- и семичленных колец алюминия и углерода, возникающих при реакции с этеном».

Бэкуэлл подчеркнула, что полученные результаты выходят за рамки возможностей переходных металлов, которые изначально служили ориентиром для работы. По её оценке, открытие открывает новые перспективы и выводит химические исследования на передовые позиции.

Развитие данного направления, по словам исследовательницы, может привести к созданию новых типов химических реакций и более крупных молекулярных структур с уникальными свойствами. Это создаёт предпосылки для разработки принципиально новых материалов и продуктов.

Учёная добавила, что работа пока находится на начальном этапе. «Мы находимся на стадии разведки и лишь в начале пути к раскрытию потенциала этих широко распространённых в природе материалов», — отметила она.

Тем не менее уже полученные результаты демонстрируют значительный потенциал технологии для практического применения. По мнению авторов, новая химическая платформа способна способствовать переходу к более чистому, экологичному и экономически эффективному производству, одновременно открывая возможности для дальнейших научных открытий.