核となる化学革新を「粉砕」する

科学者は、機械化学の破砕および粉砕の内部での原子レベルの仕組みを明らかにすることで、化学製造をより持続可能でコスト効率の高いものにするためにその進歩をスケールアップできる可能性を秘めています。

先端科学研究センター、GC/CUNY

画像: メカノケミカル反応の研究に使用されるポリマー ペン アレイの 3 つの図。 それぞれの微細なチップのとがった部分が分子を「押す」ことで、化学反応を引き起こすことができます。もっと見る

クレジット: Daniel Valles および Yerzhan Zholdassov/ニューヨーク大学大学院センター先端科学研究センター

ニューヨーク、2023 年 8 月 8 日 — ニューヨーク州立大学 ASRC 研究者アダム・ブラウンシュヴァイクの研究室は、「粉砕」化学の原子スケールの謎を理解するために、米国国立科学財団から新たに 2,000 万ドルを授与されたセンターの一部です。 この複数の機関による受賞により、化学機械制御センター (CMCC) が設立され、力の機械的適用が化学の新たな進歩を可能にし、工業プロセスをより安価で環境に優しいものにする方法を理解するための研究が行われます。

NSFの共同主任研究員であるブラウンシュヴァイク氏は、「生成される有毒廃棄物を劇的に削減する方法で化学製造業界を変革する可能性のある研究に私の研究室が貢献できることに興奮している」と述べた。助成金を受賞しており、ニューヨーク州立大学 ASRC ナノサイエンス イニシアチブおよびハンター大学の化学および生化学部門の教授でもあります。

CMCCはテキサスA&M大学が主導し、10の機関に研究と資金提供が行われる。 ブラウンシュヴァイクの研究室は、新しい博士研究員、2人の学生、および計算能力の向上をサポートするために、今後5年間にわたって資金提供を受ける予定である。 さらに、チームはメカノケミカル反応を実行するミリング装置を構築するための資金も受け取ることになる。

機械化学、またはメカノケミストリーは、化学物質を粉砕して反応や物質を生成することです。 これは化学者だけでなく自然界でも同様に長い間使用されてきました。たとえば、ダイヤモンドは地球内部の巨大な圧力下で炭素が圧縮されるときに生成されます。 ルネサンス時代の絵画の顔料から近所の薬局での医薬品化合物まで、あらゆるものを粉砕するために機械化学が使用されてきましたが、そのような粉砕変化の中心となる原子スケールのプロセスは完全には理解されておらず、予測可能でもありません。 さらに、化学反応における結合の形成と切断に必要なエネルギーを与えるために熱や光がよく使用されますが、そのエネルギーを与えて新しいタイプの化学を推進するための機械力の使用は、依然として未開拓の領域です。

「伝統的な化学的手法を使用して、化学者たちは、世界の食料供給を助ける農業用肥料に不可欠なアンモニアなど、人間の健康と繁栄を増進する物質を作り出す多くの効果的な方法を発見しました。しかし、そのような物質は、より持続可能な方法で生産できる可能性があります。」機械化学の未発見の技術を徹底的に解明しました」と NSF 数学物理科学担当アシスタントディレクターのショーン L. ジョーンズは言います。 「NSF の化学機械制御センターは、全米の革新的な頭脳がそれを拡大するために必要な洞察を提供することに重点を置きます。」

センター自体も拡大中です。 NSF からの 2,000 万ドルは、化学研究における根本的な課題の解決とその後のイノベーションの開発を目的とした複数のセンターを支援する化学イノベーション センター プログラムからの第 2 段階の賞金です。 CMCC は 2020 年に第 1 段階の賞として 200 万ドルを受賞しました。追加の資金により、同センターは米国の 9 つの州にある 11 の機関の研究を支援することで、米国全土の機械化学研究の結節点となることが可能になります。

新たな資金提供により、原子間力顕微鏡、電子顕微鏡、高圧ダイヤモンドアンビルなど、原子レベルで機械力の影響を調査できる機器が同センターに提供される。 このセンターは、初期キャリアのポスドク研究者、学部生、大学院生の研修と指導を通じて科学人材の育成を支援し、地元の幼稚園から高校までの生徒や教師との教育支援活動を実施します。