Les innovations chimiques « écrasantes » au cœur

Les scientifiques vont révéler le fonctionnement au niveau atomique du concassage et du broyage de la chimie mécanique, avec la possibilité d'intensifier leurs avancées pour rendre la fabrication de produits chimiques plus durable et plus rentable.

Centre de recherche scientifique avancée, GC/CUNY

image : Trois vues de réseaux de stylos en polymère utilisés pour étudier les réactions mécanochimiques. La partie pointue de chaque pointe microscopique peut « pousser » sur une molécule, déclenchant une réaction chimique.Voir plus

Crédit : Daniel Valles et Yerzhan Zholdassov/Centre de recherche scientifique avancée du CUNY Graduate Center

NEW YORK, le 8 août 2023 — Le laboratoire du chercheur Adam Braunschweig de CUNY ASRC fait partie d'un centre récemment récompensé de 20 millions de dollars par la National Science Foundation des États-Unis pour comprendre les mystères à l'échelle atomique de la chimie « écrasante ». Le prix multi-institutionnel créera le Centre de contrôle mécanique de la chimie (CMCC), qui mènera des travaux visant à comprendre comment l'application mécanique de la force peut permettre de nouveaux progrès en chimie et rendre les processus industriels moins chers et plus respectueux de l'environnement.

"Je suis ravi que mon laboratoire joue un rôle dans la recherche susceptible de transformer l'industrie chimique de manière à réduire considérablement les déchets toxiques qu'elle génère", a déclaré Braunschweig, co-chercheur principal de la NSF. et professeur à la CUNY ASRC Nanoscience Initiative et aux départements de chimie et de biochimie du Hunter College.

Le CMCC sera dirigé par la Texas A&M University, avec des recherches et des financements répartis dans 10 institutions. Le laboratoire de Braunschweig recevra un financement au cours des cinq prochaines années pour soutenir un nouveau chercheur postdoctoral, deux étudiants et une capacité de calcul accrue. De plus, l'équipe recevra un financement pour construire des broyeurs qui effectuent des réactions mécanochimiques.

La chimie mécanique, ou mécanochimie, consiste à broyer des produits chimiques pour produire des réactions et des substances. Il est utilisé depuis longtemps par les chimistes et par la nature. Par exemple, les diamants sont créés lorsque le carbone est comprimé sous une énorme pression à l’intérieur de la Terre. Bien que la chimie mécanique ait été utilisée pour tout broyer, depuis les pigments des peintures de la Renaissance jusqu'aux composés médicinaux de votre pharmacie locale, les processus à l'échelle atomique au cœur de ces transformations écrasantes ne sont pas entièrement compris ni prévisibles. De plus, alors que la chaleur ou la lumière sont souvent utilisées pour transmettre l’énergie nécessaire à l’établissement et à la rupture de liaisons dans les réactions chimiques, l’utilisation de la force mécanique pour transmettre cette énergie et ainsi piloter de nouveaux types de chimie reste une frontière sous-explorée.

"En utilisant des méthodes chimiques traditionnelles, les chimistes ont découvert de nombreuses façons efficaces de créer des substances qui ont amélioré la santé et la prospérité de l'humanité, comme l'ammoniac essentiel pour les engrais agricoles, qui contribuent à assurer l'approvisionnement alimentaire mondial. Mais de telles substances pourraient potentiellement être produites de manière plus durable. à travers des techniques inconnues de la chimie mécanique », déclare Sean L. Jones, directeur adjoint de la NSF pour les sciences mathématiques et physiques. "Le Centre de contrôle mécanique de la chimie de la NSF s'efforcera de fournir les informations nécessaires aux esprits innovants de toute l'Amérique pour le développer."

Le centre lui-même est en train d’être agrandi. Les 20 millions de dollars de la NSF constituent une récompense de phase deux de son programme Centers for Chemical Innovation, qui soutient plusieurs centres visant à résoudre les défis fondamentaux de la recherche chimique et à développer des innovations ultérieures. Le CMCC a reçu une subvention de phase 1 de 2 millions de dollars en 2020. Le financement supplémentaire permettra au centre de devenir un lien pour la recherche en chimie mécanique à travers les États-Unis en soutenant les travaux de 11 institutions américaines dans neuf États.

Le nouveau financement fournira au centre des instruments capables d'étudier les effets de la force mécanique au niveau atomique, tels que des microscopes à force atomique, des microscopes électroniques, des enclumes de diamant à haute pression et autres. Le centre contribuera à développer la main-d'œuvre scientifique grâce à la formation et au mentorat des chercheurs postdoctoraux en début de carrière, des étudiants du premier cycle et des cycles supérieurs, et il mènera des activités de sensibilisation éducatives auprès des étudiants et enseignants locaux de la maternelle à la 12e année.