Новый алюминий может заменить редкие металлы и значительно снизить затраты

Исследователи разработали новую форму алюминия, которая может превзойти дорогие редкие металлы в химических реакциях. Credit: Shutterstock

Группа учёных из Королевского колледжа Лондона обнаружила новую форму алюминия, одного из самых распространённых металлов на Земле, которая может стать гораздо более дешёвой и устойчивой альтернативой широко используемым редкоземельным металлам.

Под руководством доктора Клэр Бейкуэлл, старшего преподавателя кафедры химии, исследователи создали высокореакционноспособные молекулы алюминия, способные разрывать одни из самых прочных химических связей. Их результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, также раскрывают совершенно новые молекулярные структуры, открывая путь к ранее неизвестным типам химического поведения.

Открытие уникальной структуры алюминия

Исследователи сообщили о первом известном примере циклотриалюмина — соединения, состоящего из трёх атомов алюминия, расположенных в тримерной, то есть треугольной, структуре. Эта необычная конфигурация демонстрирует замечательную реакционную способность. Важно, что структура остаётся нетронутой даже при растворении в различных растворах, что обеспечивает ей стабильность, необходимую для разнообразных химических реакций.

Эти реакции включают расщепление диводорода и обеспечение поэтапного внедрения и роста цепи этена, простого двухуглеродного углеводорода. Такие возможности подчёркивают потенциал соединения для построения более сложных молекул.

Замена дорогих и дефицитных металлов

Металлы играют центральную роль в производстве как повседневных, так и специальных химикатов, используемых в промышленности. Многие из этих процессов полагаются на драгоценные металлы, такие как платина, которые дороги и могут оказывать значительное воздействие на окружающую среду из-за добычи.

Учёные ищут альтернативы, которые легче получить и которые более устойчивы. Доктор Клэр Бейкуэлл объяснила: «Переходные металлы являются рабочей лошадкой химического синтеза и катализа, но многие из наиболее полезных становятся всё более труднодоступными для добычи, часто находясь в регионах политической нестабильности, что увеличивает спрос и цену.

«Химики обратили внимание на более распространённые элементы из таблицы Менделеева, и мы выбрали алюминий, так как он чрезвычайно распространён, что делает его примерно в 20 000 раз дешевле драгоценных металлов, таких как платина и палладий».

Расширение возможностей химии алюминия

Помимо разработки соединений алюминия для использования в химическом синтезе, команда открывает совершенно новые реакции.

Доктор Бейкуэлл сказала: «Что особенно в этой работе, так это то, что мы раздвигаем границы химических знаний. Самое захватывающее — мы можем использовать этот тример алюминия для построения совершенно новых соединений с уровнями реакционной способности, которые никогда не наблюдались ранее. К ним относятся 5- и 7-членные кольца из алюминия и углерода, образовавшиеся в результате реакции с этеном. Эти возможности выходят за рамки переходных металлов, которые мы изначально пытались имитировать, и находятся на переднем крае химических исследований».

Эта новая химия может позволить учёным разрабатывать новые типы реакций или собирать более крупные молекулярные структуры с отличительными свойствами, что потенциально приведёт к созданию новых материалов и продуктов.

На пути к более чистому и дешёвому химическому производству

Бейкуэлл подчеркнула, что исследование всё ещё находится на ранних стадиях, но демонстрирует значительные перспективы.

Она сказала: «Мы находимся на исследовательском этапе и только начинаем раскрывать возможности этих распространённых на Земле материалов.

«Но, судя по тому, что мы уже увидели, эта химия может поддержать переход к более чистому, экологичному и дешёвому химическому производству, попутно совершая новые открытия».

Источники:

Материалы предоставлены Королевским колледжем Лондона.

Имоджен Сквайр, Мэттью де Вер-Такер, Микеланджело Тритто, Лигия Силва де Мораес, Тобиас Кремер, Клэр Бейкуэлл. Нейтральный циклический тример алюминия (I). Nature Communications, 2026; 17 (1) DOI: 10.1038/s41467-026-68432-1