Ученые впервые запустили химические реакции с помощью алмазных наковален

Специалисты Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC использовали мельчайшие кусочки алмазов и других сверхтвердых материалов для создания «миниатюрных наковален», сжимающих и скручивающих молекулы, пока их химические связи не разрушатся, а атомы не обменяются электронами.

Команде впервые удалось запустить такие реакции только с помощью механического давления. По словам авторов, метод предлагает новый, более экологичный, точный и эффективный подход к химии на молекулярном уровне. Выводы проекта представлены в статье Nature.

«В отличие от остальных техник, обычно просто тянущих молекулы, пока они не разорвутся, мы показали, что давление миниатюрных наковален разрушает химические связи и запускает реакцию перемещения электронов между атомами, — сказал Хао Ян, один из ведущих авторов из Стэнфордского университета.  – Мы можем использовать их для запуска изменений в определенных участках молекулы, не затрагивая при этом другие зоны».

Методика открывает много новых возможностей. Механически спровоцированные реакции могут позволить получить абсолютно новые продукты из сырья, обрабатываемого теплом, светом или электричеством. Технология также потребляет меньше энергии и снижает вредное воздействие на экологию из-за отсутствия потребности в растворителях и тепле.

Опыты проводились с алмазным прессом, размером с чашку для эспрессо, в лаборатории Венди Мао, адъюнкт-профессора Стэнфорда и SLAC. Устройство может создавать давление свыше 500 ГПа. Прозрачность алмазных компонентов пресса позволяет свету проникать к образцу, а ученым – использовать различные техники для рассмотрения его реакции на сжатие. Для первых экспериментов использовались кластеры серы и меди – частицы из 8 атомов. Их прикрепили к молекулярным наковальням из карборана. При достаточном давлении атомные связи в структуре разрушились, а электроны перешли из серы в медь. Из последней в результате сформировались кристаллы, которые нельзя получить при стандартной тепловой реакции. Авторы также открыли «точку невозврата». До нее, при исчезновении давления, сырье возвращается в первоначальное состояние.