ТОП 10 открытий и событий в химической промышленности в 2023 году

Первое соединение гексазина [03.2023]

В статье, опубликованной в начале марта в журнале Nature Chemistry, появилась информация  о синтезе нового соединения азота. Ученые из Великобритании, Китая, Швеции и Германии получили  ароматическую кольцевую структуру с формулой _K9N56 Соединение создано в результате реакции азота с _KN3 в нагреваемой лазером ячейке с алмазной наковальней в условиях высокого давления (46 и 61 ГПа) и температуры (свыше 2000 K)^[1].

В наблюдаемой структуре, помимо прочего, присутствовали гексазиновые кольца в виде анионов [N6]4-. Это соответствует правилу ароматичности Хюккеля. Кроме того, макромолекулярное соединение содержало плоские кольца N5 и димеры N2.

До сих пор шестичленное азотное кольцо, называемое гексазином, было лишь теоретически предложенной цепью. Ароматичность этого элемента была ограничена формой пентазолатна [N5]-. Вышеупомянутая команда ученых первой может похвастаться синтезом макромолекулярного комплексного соединения K9N56, имеющего в своей структуре анион [N6]4-.

Разработано чудодейственное лекарство от смертельно ядовитого вида грибов [05.2023]

Amanita phalloides, широко известная как бледная поганка (или мухомор зеленый) — один из самых токсичных для человека видов грибов. На его долю приходится около 90% всех смертельных отравлений, вызванных употреблением грибов. Самым сильным токсином гриба, вызывающим необратимые повреждения печени и других органов у человека, является α-аманитин. Даже агрессивные методы лечения при попадании в организм этой поганки в большинстве случаев оказываются неэффективными.

Однако исследование, опубликованное в мае в журнале Nature, вселяет надежду на будущую борьбу с отравлением бледной поганкой. Используя метод CRISPR, группа ученых создала пул клеток с различными мутациями, наблюдая, какие факторы могут влиять на их устойчивость к α-аманитину. Результаты эксперимента показали, что клетки, в которых отсутствовал белок STT3B, не были разрушены токсином. Среди известных медицинских веществ, разрешенных к применению, в качестве специфического ингибитора STT3B предложен краситель индоцианиновый зеленый (ICG). Это соединение обычно используется в медицинской визуализации и может представлять собой потенциальный специфический антидот при отравлении α-аманитином. Эксперименты на мышах показали, что введение индоцианина зеленого через четыре часа после проглатывания гриба значительно повышало их выживаемость и защищало от токсина, останавливая повреждение печени^[2].

Метил-катион наблюдается в космосе [06.2023]

Химические свойства элемента углерода были предметом многочисленных исследований на протяжении многих лет. Наблюдения в этой области приближают нас к пониманию тайн эволюции жизни на Земле, а также возможности ее развития в других местах Вселенной.

В июне международная группа ученых опубликовала изображение, полученное с помощью космического телескопа НАСА «Джеймс Уэбб». На снимке было обнаружено новое, ранее не наблюдавшееся соединение углерода — метил-катион  CH3+. Частица находится в звездной системе на расстоянии около 1 350 световых лет от нас — туманности Ориона.

Космическое ультрафиолетовое излучение оказывает разрушающее воздействие на большинство органических структур. Однако ученые предполагают, что эта энергия играет важную роль в образовании метил-катиона. Образовавшись, ион вступает в дальнейшие химические реакции, в результате которых образуются более сложные молекулы углерода — следы жизни^[3].

Ученые определили структуру оксида бора  [07.2023]

Химическое соединение с химической формулой BO было впервые предложено в 1940-х годах. Однако из-за ограниченного доступа к технологиям в то время определить его структуру было невозможно. Современный научный интерес к плоским структурам бора вновь привлек внимание к оксиду, описанному почти сто лет назад.

Передовые методы спектроскопического анализа ЯМР (ядерного магнитного резонанса) помогли команде Фредерика А. Перраса определить наиболее вероятную ориентацию частиц оксида бора. Ученые из Эймса заметили, что молекулы-предшественники в ходе реакции располагались параллельно друг другу, образуя так называемые двумерные «наносетки», состоящие из _{колец B4O2} с кислородными мостиками. В результате исследований порошковой дифракции было сделано предположение, что эти единицы образуют слои с нерегулярной структурой укладки. Согласно F.A. Перраса — конструкция напоминает стопку бумаг, брошенную на стол — слегка беспорядочную, но сохраняющую свою форму. Проведенные измерения согласуются с первоначальными предположениями о структуре BO, сделанными в 1961 году^[4].

Циклоцены — новые циклические структуры [08.2023]

Отрасль металлоорганической химии изучает органические соединения, в которых есть хотя бы одна связь между атомом металла и атомом углерода. Среди различных структур есть комплексы уложеные слоями определенным образом. Первым соединением такого типа был открыт ферроцен. На его примере легко понять структуру металлоорганических комплексов — центральный атом — металл окружен группой связанных с ним лигандов.

В 2023 году команда Петера Роески из Технологического института в Карлсруэ разработала и описала новый тип комплексов под названием «циклоцены». Эти соединения могут содержать до 18 слоев. Циклоцены имеют циклооктатетраеновые лиганды (COT), к которым присоединены по две силановые группы. Лиганды COT окружают центры металлов (например, стронция), образуя характерное кольцо вокруг атома. Ученые возлагают надежды на полезность новых соединений в будущем металлоорганической химии^[5].

Самая водонепроницаемая поверхность за всю историю [10.2023]

Гидрофобность — это способность материала отталкивать молекулы воды. Водонепроницаемые покрытия широко используются во многих сферах жизни. Чтобы удовлетворить растущие требования к материалам, исследования в области нанотехнологий за последние три десятилетия способствовали созданию множества передовых гидрофобных структур.

Группа исследователей из Университета Аалто (Финляндия), используя специальный реактор, предложила совершенно новую форму «жидкоподобных омнифобных поверхностей». Их работа представляет собой первый пример экспериментов в этой области на чрезвычайно детальном уровне наночастиц. Эти поверхности ковалентно связывают молекулярные слои с подложкой и одновременно обладают высокой подвижностью. Их свойства можно сравнить со слоем смазки между каплями воды и самой поверхностью.

Среди других существующих структур — эта представляет собой, по своим характеристикам, самую скользкую и текучую поверхность в мире. Предполагается, что омнифобные наночастицы могут найти применение в процессах теплопередачи в трубах и системах, антиобледенения поверхностей, предотвращения испарения и т.д. Многообещающий потенциал для развитых поверхностей также можно увидеть в области микрофлюидики^[6].

Химические опыты Леонардо да Винчи [10.2023]

Леонардо да Винчи стал одним из самых узнаваемых людей, живших в эпоху Возрождения. У художника было множество талантов, которые он воплощал во вневременные произведения искусства или изобретения. Недавний анализ микрообразцов красок, использованных в его работах — «Мона Лиза» и «Тайная вечеря», — показывает, что да Винчи не только прекрасно рисовал, но и эффективно экспериментировал, добиваясь наилучших качеств своих ингредиентов.

Международная группа ученых указала на присутствие токсичных соединений свинца в базовом слое обоих изображений. Вероятно, художник пытался нанести толстые полосы белого свинцового пигмента, дополнительно насыщая масло, которым был покрыт холст, оксидом свинца (PbO). Используя методы рентгеновской дифракции и инфракрасной спектроскопии, исследователи определили, что изображения содержат не только свинцовые белила, но и гораздо более редкое соединение: плюмбонакрит (_Pb5[_CO3]O[OH]₂), которое стабильно только в щелочной среде. Это открытие может указывать на то, что Леонардо был пионером этой техники живописи^[7].

Нобелевская премия по химии 2023 [10.2023]

Мунги Дж. Бавенди, Луи Э. Брус и Алексей И. Екимов стали лауреатами Нобелевской премии по химии 2023 года. Это была 115. Нобелевская премия по химии, присуждаемая Шведской королевской академией наук, которой награждаются ученые «за открытие и синтез квантовых точек».

Квантовые точки относятся к группе наночастиц, размер которых достаточно мал, чтобы определить их характерные особенности. Работа квантовых точек во многом основана на излучении и поглощении излучения. Уникальные электронные и оптические свойства этих наночастиц позволяют использовать их в самых разных областях, в том числе в фотоэлектрических устройствах, в экранах некоторых телевизоров или светодиодных лампах.

Поскольку мы уже сказали несколько слов о квантовых точках, настало время рассказать об истории нобелевских лауреатов. Ученый Алексей Екимов из Nanocrystals Technology Inc. впервые синтезировал квантовые точки в стеклянной матрице в 1981 году. Два года спустя Луи Брус из Колумбийского университета получил ту же структуру, однако в коллоидной суспензии. С другой стороны, Мунги Дж. Бавенди из Массачусетского технологического института вместе с группой исследователей разработал один из самых популярных и широко используемых методов синтеза квантовых точек для получения практически идеальных молекул^[8].

«Польский Нобель» 2023 [11.2023]

В 2023 году награды Фонда польской науки были вручены в 32-й раз. Эту премию часто называют «польской Нобелевской премией», поскольку она считается самой важной научной наградой в Польше. Она присуждается «выдающимся ученым за выдающиеся научные достижения и открытия, которые расширяют границы познания, открывают новые перспективы исследований, вносят выдающийся вклад в цивилизационный и культурный прогресс нашей страны и обеспечивают ее выдающееся место в решении самых сложных проблем современного мира»

В этом году премию в области химических наук и наук о материалах получил профессор Марцин Стемпень с химического факультета Вроцлавского университета. Премия была присуждена «за разработку и получение новых ароматических соединений с уникальными структурами и свойствами»

Понятие «ароматичность» известно в химии со второй половины XIX века и постоянно развивается благодаря таким ученым, как профессор Стемпень. Его научная деятельность привела к разработке и синтезу новых ароматических и антиароматических молекул, которые отличались уникальной структурой и необычными, часто трехмерными формами. Эти достижения важны не только с познавательной точки зрения, но и открывают новые возможности применения этих соединений в качестве функциональных органических материалов. Молекулы, синтезированные профессором-лауреатом, могут вдохновить на поиск новых органических материалов (особенно функциональных красителей), которые могут найти применение в фотоэлектрических и светодиодных устройствах, а также в фототерапии и медицинской диагностике, среди прочего^[9].

Жидкие металлы в производстве катализаторов [11.2023]

Ноябрь 2023 года принес хорошие новости от группы ученых из Австралии, которые обнаружили, что жидкие металлы могут быть использованы для производства катализаторов. На сегодняшний день они в основном производятся из твердых материалов, мин-металлов или металлоорганических соединений. Однако их использование требовало высоких температур, что приводило к увеличению энергопотребления и выбросов парниковых газов.

Группа исследователей под руководством профессора Куроша Калантар-Заде проверила возможность использования жидких металлов (таких как галлий) в качестве катализаторов при более низких температурах. Это позволит сократить потребление энергии и, следовательно, уменьшить выбросы парниковых газов в химическом секторе. Это очень важно, поскольку на эту отрасль приходится значительная доля глобальных выбросов. Кроме того, большая гибкость жидких металлов по сравнению с твердыми позволяет улучшить характеристики катализатора.

Исследователи в Австралии планируют продолжить свои изыскания. Если их открытие окажется успешным, это может привести к внедрению новых, более экологических процессов в химическом производстве^[10].

Ученые узнали вес нейтрино (02.2022)

Существование нейтрино было теоретически предсказано Вольфгангом Паули еще в 1930 году. Эта частица должна была уравновесить энергию так называемого радиоактивного бета-распада. Несмотря на различные теории, существование этой частицы долгое время не удавалось подтвердить, хотя со временем она была названа нейтрино. Она характеризуется тем, что не имеет электрического заряда и очень слабо взаимодействует с другими частицами. Некоторые ученые предполагали, что нейтрино не имеет массы, как фотон, другие считали, что она просто очень мала.

Взвешивание нейтрино позволило бы еще лучше понять Вселенную, и именно потому это стало объектом исследований международного проекта KATRIN, возглавляемого Технологическим институтом Карлсруэ. В своих экспериментах ученые применили явление бета-распада, которое происходит в атомах изотопа водорода (называемого тритием). KATRIN — это специализированное исследовательское оборудование длиной 70 м, включающее в себя огромный спектрометр для измерения свойств электронов, образующихся в ходе радиоактивного распада. Исследования продолжаются с 2019 года и дают все лучшие и лучшие результаты. Одним из таких результатов как раз и является определение массы нейтрино, которая составляет не более 0,8 эВ. Для сравнения, масса электрона составляет 0,511 МэВ (миллиона электрон-вольт), а масса нейтрона — 0,938 ГэВ (миллиарда электрон-вольт). Это первый случай, когда во время измерений удалось опуститься ниже предела в один электрон-вольт — и вот почему это такое значительное достижение.^[1]

Исследования в рамках проекта KATRIN все еще продолжаются и, как ожидается, продлятся по крайней мере до 2024 года. Ученые надеются получить еще более точный результат измерения массы нейтрино.^[2]

Поглотитель CO2 (04.2022)

Пластмассы массового производства сегодня встречаются практически повсюду. Одним из продуктов, с которым мы знакомы, являются пластиковые бутылки, которые могут состоять из нескольких различных пластмасс и поэтому нелегко поддаются переработке. Хотя восстановление пластмасс является дорогостоящим и сложным процессом, из-за чего все еще остается малопопулярным, ученые ищут применения для восстановленного материала, которые могли бы сделать этот процесс еще более выгодным.

Группа химиков из Университета Райса объявила о результатах своих исследований, которые показали, что бывший в употреблении пластик может помочь в борьбе с высоким уровнем выбросов углекислого газа в атмосферу. Как описано в журнале „ASC Nano”^[3], исследователи изучили процесс пиролиза, то есть распада химических веществ. Он включает в себя нагревание данных веществ до очень высоких температур, поддерживая анаэробные условия. Пиролиз в настоящее время применяется, в частности, в нефтехимической промышленности.

Химики из Университета Райса провели процесс пиролиза пластика в присутствии ацетата калия, получив очень специфические молекулы, которые имеют микроскопические поры и идеально подходят для захвата и связывания молекул CO₂. Этот материал может служить идеальным поглотителем углекислого газа, например в виде фильтров на дымоходах электростанций, сжигающих ископаемое топливо. Такой абсорбент углерода будет обладать свойствами, позволяющими использовать его многократно, и, кроме того, улавливание тонны CO₂ будет в несколько раз дешевле, чем существующие методы улавливания (секвестрации) углекислого газа.^[4]

Квантовый наномагнит (04.2022)

Квантовый наномагнит с уникальными свойствами — открытие ученых из Ягеллонского университета. Группа исследователей во главе с хабилитированным доктором Давидом Пинковичем описала в журнале „Nature Communications”^[5],

новый тип металлоорганического квантового наномагнита, в котором центральный магнитный ион окружен исключительно другими ионами металлов. Молекула состоит из центрального иона эрбия, который соединяется с тремя тяжелыми ионами рения. Эта комбинация позволила приблизиться к свойствам, проявляемым уже известными большими макроскопическими магнитами.

Ученые подчеркивают, что, хотя в ближайшем будущем молекулярные магниты пока не найдут применения, они могут произвести революцию в будущем и преобразовать такие области, как электроника или вычислительная техника. Известные в настоящее время молекулярные магниты требуют сильного охлаждения, поэтому для того, чтобы наномагниты нашли практическое применение, необходимо создать их таким образом, чтобы они могли работать при комнатной температуре. Ученые ожидают дальнейших исследований в этой области.^[6]

Натриевые батареи (06.2022)

Литий-ионные батареи применяются в большинстве повседневных устройств. Для их производства применяются редкие металлы, такие как кобальт и литий, который также не является распространенным элементом, что существенно влияет на цену изготовления. По мнению исследователей, литий можно заменить натрием, что значительно снизит производственные затраты. Кроме того, натриевые батареи будут заряжаться гораздо быстрее, а разрядка батареи «до нуля» не будет иметь вредных последствий. Однако до сих пор работы не увенчались успехом, поскольку натрий очень быстро образует на электроде тонкие металлические структуры — так называемые «дендриты», что обуславливает короткий срок службы таких батарей.

Исследователи из Техасского университета в Остине решили эту проблему с помощью компьютерной модели, благодаря которой был создан новый материал, препятствующий образованию дендритов и, как следствие, предотвращающий повреждение электрода. Он был получен путем нанесения тонкого слоя натрия на теллурид сурьмы и его многократного складывания, таким образом создавая чередующиеся слои. Благодаря этому натрий распределяется очень равномерно, и дендриты образуются на нем гораздо медленнее и реже. Это позволяет создать натриевую батарею, которая может сравниться с литиевой батареей по количеству циклов заряда и разряда и имеет сопоставимую плотность энергии. Натриевые батареи могут стать будущим для промышленности.^[7]

Нобелевская премия по химии 2022 [10.2022]

В этом году Шведская королевская академия наук приняла решение о присуждении Нобелевской премии по химии трем ученым. Каролин Рут Бертоцци, Мортен Мельдал и Карл Барри Шарплесс — лауреаты Премии, которые были отмечены «за развитие «клик-химии» и биоортогональной химии».

«Клик-химия» — это процесс, который сравнивают со строительством конструкции, создаваемой из кубиков LEGO. Определенные фрагменты молекул можно соединять между собой для образования соединений с высоким уровнем сложности и разнообразия. Комбинация простых элементов, которые мы можем назвать «химическими кубиками», позволяет создавать почти бесконечное разнообразие молекул. Биоортогональная химия, с другой стороны, позволяет контролировать химические процессы, происходящие в живых клетках, не повреждая их. Это дает уникальную возможность изучать заболевания внутри клеток, а также в сложных организмах.

Как технология «клик-химии», так и биоортогональная химия являются важными открытиями в основном для медицины и фармацевтики, способными существенно повлиять на развитие обеих этих областей.^[8]

Подробнее о лауреатах и награжденных открытиях вы можете прочитать в статье «Нобелевская премия по химии», которая также доступна в блоге Группы PCC.

«Польская Нобелевская премия 2022» (11.2022)

Фонд польской науки в 31-й раз присуждает свои премии, которые считаются самой важной научной наградой в Польше и часто называются «польскими Нобелевскими премиями». Эти премии присуждаются за особые открытия и научные достижения, расширяющие границы познания, а также открывающие новые когнитивные перспективы и вносящие выдающийся вклад в цивилизационный и культурный прогресс нашей страны и, кроме того, обеспечивающие Польше видное место в решении самых амбициозных задач современного мира. В этом году лауреатом премии в области химии и материаловедения стал проф. Бартош Гжибовски.

Профессор Бартош Гжибовски из Института органической химии Польской академии наук в Варшаве и Ульсанского национального института науки и технологии в Ульсане, Республика Корея, был награжден «за разработку и эмпирическую проверку алгоритмической методологии планирования химического синтеза». Его открытие включало в себя проведение спланированного компьютером органического синтеза и применение искусственного интеллекта для прогнозирования хода химических реакций, а также открытие новых соединений, которые могут быть использованы в качестве лекарств.

Профессор Гжибовски является одним из первых в мире ученых в области органической химии, признавших, что пришло время применить потенциал вычислительных методов и разработанных инструментов, которые могут предсказывать не только реальные, но и даже лучшие пути синтеза сложных органических молекул.^[9]

Также стоит упомянуть лауреата премии в области наук о жизни и Земле, профессора Марцина Новотного, который был отмечен «за раскрытие молекулярных механизмов распознавания повреждений ДНК и их восстановления». Между тем, третьим лауреатом этого года в области гуманитарных и социальных наук стал проф. Адам Лайтар, награжденный «за интерпретацию эпиграфических источников, раскрывающих религиозные и культурные аспекты функционирования средневековых общин, проживавших в долине Нила».^[10]

Открытие новых минералов (11.2022)

Эль-Али, также известный как «Сумерки» (англ. Nightfall) — это метеорит весом 15,2 тонны, впервые обнаруженный в Сомали и идентифицированный как остаток небесного тела в 2020 году. После двух лет изучения 70-граммового образца ученые из Университета Альберты в Эгмонте, Канада, обнаружили в нем два минерала, которые ранее не встречались на Земле.

Обнаруженные минералы были названы элалит (в честь метеорита и города, недалеко от которого он был обнаружен) и эликинстантонит (в честь исследователя НАСА Линды Элкинс-Тэнтон). Исследователи объявили об открытии новых химических соединений 21 ноября на симпозиуме по исследованию космоса, проходившем в Университете Альберты. Стоит отметить, что хотя минералы не были обнаружены на планете в их естественной форме, очень похожие на них были созданы синтетически в лаборатории, в 1980-х годах. Исследование новых соединений поможет в будущем ответить на вопрос, какое применение эти минералы могут найти в нашем мире.^[11][12]

Прорыв в исследованиях термоядерного синтеза (12.2022)

5 декабря 2022 года стало важным днем не только для мира науки, но и для истории человечества. В этот день ученые Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) совершили прорыв в исследованиях термоядерного синтеза, которые проводятся в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций (NIF). Впервые в истории термоядерный синтез позволил получить больше энергии, чем было затрачено на запуск реакции. Новость была объявлена 13 декабря на пресс-конференции представителей LLNL в присутствии секретаря Министерства энергетики и главы Агентства ядерной безопасности США.

Термоядерный синтез включает в себя слияние легких атомных ядер в более тяжелые, сопровождающееся выделением значительного количества энергии. Топливом, которое идеально подходит для получения энергии в результате этой реакции, является водород, поскольку на нашей планете он имеется в изобилии. Однако атомные ядра отталкиваются друг от друга электростатическими силами, поэтому для того, чтобы произошел синтез, необходимо создать очень специфические условия, а именно — нагреть их до миллионов градусов, а также сжать до миллионов атмосфер (этот процесс отличается в звездах, где он происходит благодаря квантовому туннелированию).

В мире неоднократно предпринимались попытки термоядерного синтеза, но до сих пор результатом было поглощение большего количества энергии, чем произведенное количество. Национальный комплекс лазерных термоядерных реакций (NIF) работает над этим явлением с 1950-х годов, но технически оно очень сложно. Вот почему последние результаты являются таким огромным прорывом и показывают новые возможности.

Эксперимент состоял в том, что импульс огромных лазеров NIF доставил 2,05 мегаджоулей энергии в капсулу с водородом, в то время как термоядерный синтез произвел 3,15 мегаджоулей, что на 54 % больше (более миллиона джоулей).

Хотя миллион звучит очень захватывающе, такая величина соответствует четверти киловатт-часа — количеству энергии, достаточной только для того, чтобы вскипятить чайник воды чуть более десяти раз. Бдительные ученые также отмечают, что хотя на сам процесс было затрачено всего 2,05 мегаджоулей энергии, для питания 192 необходимых лазеров было использовано более 322 мегаджоулей энергии, что практически в сто раз больше, чем было получено в результате термоядерного синтеза. Это одна из причин, которая подчеркивает, что еще необходимы десятилетия работы групп ученых и инженеров, чтобы найти возможность применения термоядерного синтеза в больших масштабах.^[13][14]

Ультратонкие солнечные элементы (12.2022)

Сейчас много говорят о том, что возобновляемые источники энергии — это будущее нашей планеты и они могут внести значительный вклад в прекращение климатического кризиса и глобального потепления. Именно поэтому ученые постоянно ищут решения, как сделать применение энергии из возобновляемых источников еще лучше и легче.

Инженеры из Массачусетского технологического института разработали инновационные солнечные элементы, которые могут превратить любую постоянную поверхность в источник энергии, и при этом они тоньше человеческого волоса. Элементы приклеены к легкой и очень прочной ткани, что позволяет легко устанавливать их практически в любом месте. По мнению исследователей, изобретение может найти практическое применение в чрезвычайных ситуациях, когда рядом нет другого источника энергии, а также во время путешествий.

Современный элемент был изготовлен из полупроводниковых чернил с помощью 3D-принтера. Он в сто раз легче обычных панелей и, кроме того, вырабатывает значительно больше энергии на килограмм. Решение все еще находится на стадии испытания, поскольку существуют проблемы с устойчивостью панелей к воздействию факторов окружающей среды. Однако исследователи работают над созданием сверхлегких контейнеров, в которые можно было бы заключить элементы. Исследователи считают, что ультратонкие элементы станут революционным изобретением для глобального сбора энергии^[15][16].

Самый мощный материал на Земле (12.2022)

Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) и Ок-Риджской национальной лаборатории провели испытания нового металлического сплава, которые выявили его чрезвычайно высокую пластичность (он ковкий и очень тягучий) и беспрецедентную прочность (устойчивость к деформациям). Этот сплав состоит из хрома, кобальта и никеля — CrCoNi.

Уже после первых испытаний CrCoNi было обнаружено, что его пластичность и прочность улучшаются по мере охлаждения сплава, даже до температур около -196 ^oC. Однако последние исследования, опубликованные в декабре 2022 года в журнале «Science» ^[17],

подтвердили, что в жидком состоянии он может выдерживать еще более низкие температуры (-253 ^oC).  Это очень интересное явление, поскольку для большинства других материалов эффект противоположный, например, сталь гораздо легче разрушается при очень низких температурах.

Стоит отметить, что сплав CrCoNi относится к группе сплавов с высокой энтропией (HEA). Они отличаются тем, что представляют собой смесь составляющих элементов в равных частях, а не как в большинстве применяемых сегодня сплавов, с преобладанием одного элемента и меньшим количеством дополнительных элементов. Это оказывает значительное влияние на его выдающиеся свойства.

Исключительная прочность сплава CrCoNi при невероятно низких температурах может привести к будущим применениям, включая космические объекты.^[18]

Прозрачная древесина (01.21)

Ученые из Университета Мэриленда открыли новую технику, позволяющую получать прозрачную древесину. Прежде придать древесине прозрачность пытались с помощью специализированных химических средств, предназначенных для удаления лигнина, но главным недостатком такого способа являлось снижение прочности древесины.

Новый же метод заключается в изменении лигнина: сначала удаляются частицы, отвечающие за придание цвета древесине, затем на ее поверхность наносится специальное средство, содержащее перекись водорода, древесину подвергают воздействию ультрафиолетового света (или естественного солнечного света), в результате чего она приобретает белый цвет. Подготовленная таким образом древесина замачивается в этаноле для более тщательной очистки. Наконец, образовавшиеся в ней поры заполняются бесцветной эпоксидной смолой для выравнивания материала, за счет чего древесина становится почти идеально прозрачной. Благодаря такой обработке древесина способна пропускать до 90% света, и при этом она в 50 раз прочнее традиционно производимого прозрачного материала. Более того, она легче, прочнее стекла и обеспечивает лучшую изоляцию.^[1][2]

Это открытие может стать настоящей революцией в строительной индустрии и полностью изменить представление о зданиях в будущем. В настоящее время также ведутся исследования по созданию высокотехнологичных прозрачных деревянных материалов, которые будут одновременно сенсорными и станут альтернативой различным видам дисплеев. За счет прочности, характерной для древесины, такие дисплеи идеально подойдут для использования в сложных условиях, где стекло нередко не выдерживает испытания.^[3]

Краска для цифровой печати на фарфоре (03.21)

Методы производства керамики уходят корнями в многовековые традиции. Однако с развитием технологий пришло время перемен и в данной области. Предполагается, что цифровое окрашивание керамической плитки станет настоящим прорывом, который сможет заменить классический метод глазурования. Орнаменты будут наноситься методом печати высокого разрешения, который позволяет использовать не только различные цвета, но и текстуры, имитирующие, например, ткань или дерево.

Данное решение было разработано итальянской компанией Metco, создавшей специализированную экологичную краску ECO-INK, предназначенную для цифровой керамики. Краска производится на основе воды и не содержит органических растворителей, что способствует снижению уровня токсичности и уменьшению углеродного следа. Кроме того, такая краска способна глубоко проникать в поверхность керамической плитки, благодаря чему нет необходимости наносить дополнительный защитный слой. Таким образом, данный процесс является более эффективным и экологичным. Вдобавок, поверхность плитки с краской ECO-INK более долговечна.

Как заявляют сами производители, эта краска – настоящая революция в химической промышленности.^[4]

Магнитные полимеры (03.21)

Привычные нам магниты обычно встречаются в виде негибких и твердых металлов. Такие свойства – причина многих препятствий в применении магнитов. Именно поэтому ученые инициировали проект MAGNETO^[5]по созданию магнитных материалов, способных к изменению формы.

Чтобы достичь данного эффекта исследователи изготовили порошок из измельченных магнитных материалов, который смешали с различными полимерами. Для создания магнита из этих компонентов была использована усовершенствованная технология 3D-печати, что позволило придать им гораздо более сложные формы. Первые созданные прототипы показали огромный потенциал таких материалов и возможность их использования во многих сферах, от диагностических инструментов до сенсорных экранов и многого другого.

Представленные композитные материалы с исключительными магнитомеханическими свойствами позволят внедрить инновационные решения во многих областях, например, в медицине. Именно поэтому это столь важная веха в развитии науки и технологий.^[6]

Новооткрытое действие натурального лекарства с 1000-летней историей (04.21)

В Уорикском университете проведено исследование «антибиотической» овощной пасты, рецепт которой насчитывает целую тысячу лет. Паста эта, называемая «мазью для исправления зрения», была обнаружена в староанглийском медицинском справочнике Medicanale Anglicum, написанном в IX веке. Средство, в состав которой входят лук, чеснок (или лук-порей – у ученых возникли затруднения с переводом правильного названия), коровья желчь и вино, обладает чрезвычайно сильными антисептическими свойствами. Более того, доказана его эффективность против некоторых штаммов бактерий, ставших устойчивыми к современным лекарственным препаратам.

Ранее проведенные испытания уже доказали эффективность пасты в лечении золотистого стафилококка. Однако в рамках недавних исследований (результаты которых представлены в виде научной публикации^[7]изучались также другие штаммы, и оказалось, что данное натуральное лекарство может стать мощным оружием против бактерий, называемых биопленками. Биопленки – один из самых опасных видов бактерий, в числе которых встречаются штаммы, вызывающие, в частности, сепсис, а также другие серьезные инфекции. На эту рецептуру также возлагаются надежды при лечении, например, инфекций стопы, возникающих у диабетиков, которые в настоящее время часто заканчиваются ампутацией.

Пример описанной пасты наглядно демонстрирует сочетание народной медицины и современной фармацевтики, делает новые выводы и дарит надежду на лечение болезней, которые причиняют страдания многим.^[8]

Ванильный аромат на основе пластика (06.21)

Проблема утилизации предметов, изготовленных из пластмассы, является одной из самых серьезных задач нашего времени. По всему миру предпринимаются попытки разработки эффективных методов, позволяющих снизить уровень загрязнения окружающей среды. Одним из наиболее интересных решений оказалась идея исследователей из Эдинбургского университета, которые из переработанных пластиковых бутылок получили ванильный аромат. Ученые мутировали ферменты, отвечающие за расщепление полиэтилентерефталата (полимера, из которого изготавливаются бутылки). В результате реакции разложения образовалась терефталевая кислота (ТФК), которая затем была преобразована в ванилин. Это соединение имеет вкус и запах ванили, поэтому часто используется в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности.
По данным журнала The Guardian, который опубликовал выдержки из интервью с Джоанной Сандлер из Эдинбургского университета, возглавлявшей исследовательский проект, 85% ванилина в настоящее время синтезируется из химических веществ, полученных из ископаемого топлива^[9], при этом спрос на ванилин неустанно растет. Следовательно, это важное открытие как из-за роста спроса, так и, прежде всего, в связи с пользой для окружающей среды.^[10]

Дрожжи, «поедающие» пластик, – спасение для планеты (09.21)

Загрязнение окружающей среды пластмассами – одно из главных экологических бедствий. Особую опасность представляют пластиковые микрочастицы диаметром менее 5 миллиметров, которые попадают в водоемы, а также накапливаются в организмах живых существ – рыб, планктона и человека.

Данной проблемой занималась исследовательская группа доктора Петра Биняжа из Вроцлавского университета природообустройства. Исследования группы заключались в поиске микроорганизмов, которые, благодаря своим ферментам, естественным образом разлагают пластик. Но ввиду того, что этот процесс обычно малоэффективен, планируется клонировать их ферменты в быстрорастущие дрожжи (Yarrowia lipolytica), которые смогут более действенным образом производить энзимы, а также расти на городских сточных водах или отходах, чтобы микрозагрязнения можно было удалять непосредственно из них.^[11]

Нобелевская премия 2021 (10.21)

В этом году Нобелевская премия по химии была присуждена Дэвиду Макмиллану и Бенджамину Листу «за разработку асимметричного органокатализа». Органокатализ – это уникальный инструмент для создания молекул. До этого открытия считалось, что есть только два типа катализаторов, т. е. веществ, ускоряющих химические реакции, – ферменты и металлы. Ученым удалось доказать, что существует также асимметричный органокатализ, который использует небольшие органические молекулы.

Органические катализаторы отличаются стабильной основой, состоящей из атомов углерода, к которой могут присоединяться химические группы с более высокой активностью. Они могут содержать такие элементы, как сера, азот, кислород или фосфор. Катализаторы намного меньше ферментов, что облегчает их производство. Эти особенности делают катализаторы более экологичными, но при этом недорогими в изготовлении.

Асимметричный органокатализ разрабатывается с 2000 года, а Дэвид Макмиллан и Бенджамин Лист являются бесспорными лидерами в этой области. Их открытие пролило новый свет на данную проблему и показало, что органокатализ может быть использован во многих химических реакциях. Он высокоэффективен и может обеспечить производство практически всего – от современных фармацевтических препаратов до молекул, отвечающих за улавливание света в фотовольтаических элементах. Безо всякого сомнения данное открытие совершило настоящую революцию в мире науки и техники.^[12][13]

Материал, который чувствует (12.21)

Исследовательская группа, состоящая из ученых из Чикаго и Миссури, задалась целью разработать материал, чувствительный к окружающим раздражителям и способный адаптироваться к ним.

Он принадлежит к так называемым метаматериалам, поскольку обладает свойствами, которые отсутствуют у материалов естественного происхождения. Материал состоит из пьезоэлектриков, которые управляются электрическими цепями, а также имеет специализированную систему обработки информации. Кроме того, электрическая энергия позволяет ему двигаться и менять форму. Эти элементы позволяют воспринимать внешние раздражители и адаптироваться к ним. Как заявляют сами создатели, материал способен принимать решения без вмешательства человека.

Такой метаматериал может стать незаменимым в авиации, космической индустрии, медицине и многих других областях.^[14][15]

Экологичный пластик из семени лосося (12.21)

Пластик был призван стать революцией среди доступных материалов, однако, несмотря на свои многочисленные преимущества, он также является одной из главных проблем, угрожающих нашей планете. Именно поэтому исследования по поиску более экологичных альтернатив все еще продолжаются.

Китайские ученые разработали уникальный пластикоподобный материал, одним из основных ингредиентов которого является семя лосося. Им удалось достичь этого путем соединения двух нитей ДНК лосося с химическим веществом, полученным из растительного масла. В результате этого процесса образуется губчатое гелеобразное вещество – гидрогель. Полученный гидрогель подвергается лиофильной сушке, из него удаляется влага, что позволяет придавать ему различные формы.

При производстве такого биопластика может выделяться даже на 97% меньше CO2, чем при производстве традиционных полистирольных пластмасс. Кроме того, его будет возможно перерабатывать с помощью ферментов, расщепляющих ДНК. В крайнем случае, материал можно погрузить в воду, чтобы он снова стал гидрогелем.

Такой биопластик – будущее индустрии пластмасс и шанс уменьшить уровень загрязнения нашей планеты.^[16]

Смазка на основе графена (12.21)

Итальянские исследователи разработали новую смазку на основе графена, которую можно использовать в автомобилях и мотоциклах. Графен обеспечивает более высокую стойкость смазки, а также уменьшает трение между деталями двигателя, благодаря чему они меньше нагреваются и изнашиваются. Графен может стать альтернативой традиционно используемой в данной области нефти, поскольку он менее токсичен для окружающей среды, а проводить его утилизацию и переработку значительно легче. Смазка уже прошла первые испытания, результаты которых кажутся весьма многообещающими, поэтому в настоящее время ведутся дальнейшие исследования, которые должны завершиться коммерческим применением графеновой инновации.^[17]

ТЕЛЕСКОП, КОТОРЫЙ ПРИБЛИЗИЛ НАС К СОЛНЦУ (01.2020)

На Гавайях был установлен телескоп, который позволил сделать чрезвычайно точные снимки Солнца. Его построило государственное агентство США Национального научного фонда (NSF). Это самый большой телескоп на сегодняшний день, который оснащен 4-метровым солнечным зеркалом. Сделанные им фотографии открыли новую эру науки о Солнце. Это позволит синоптикам лучше прогнозировать солнечные бури и более точно понимать, что влияет на космическую погоду. ^[1]

ГОД ПОД ЗНАКОМ ПАНДЕМИИ COVID-19 (03.2020)

Хотя первые случаи заболевания COVID-19 были зарегистрированы еще в ноябре 2019 года, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) признала его пандемией именно 11 марта 2020 года. Болезнь, вызванная коронавирусом SARS-CoV-2, потрясла весь мир. Новые рекомендации и предписания изменили нашу повседневность. Важную роль сыграли химические средства в виде дезинфектантов, которые стали важным оружием в борьбе с профилактикой заболеваний. Химическая промышленность также сыграла важную роль в медицинской и фармацевтической промышленности, чтобы помочь врачам в борьбе с болезнью.

БАКТЕРИИ, КОТОРЫЕ ЕДЯТ ПЛАСТИК (04.2020)

08.04.2020 года в журнале Nature появилась статья, доказывающая существование вида бактерий, обладающих ферментами, способными разлагать пластик на простые компоненты. Материал, полученный в процессе переваривания ферментами штамма 201-F6 b бактерий Ideonella sakaiensis, может использоваться для повторного синтеза и производства пластмассы по качеству не уступающей той, которая производится во время нефтехимических процессов. Этот метод начинает медленно внедряться в промышленности, и уже через несколько лет мы сможем купить бутылки, изготовленные таким образом из переработанного пластика.^[2]

ТЕХНИКА РЕЗКИ ДВУМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (14.07.2020)

Ученые разработали очень точную технологию, которая позволяет просверлить небольшие отверстия в молекулах размером с атом. Она призвана помочь в производстве фотонных и электронных наноустройств. Проведенные исследования описывают термомеханическую технику, которая позволяет резать двумерные материалы, используя нагретую сканирующую наноиглу. Этот метод позволил сделать надрезы различной формы с разрешением 20 нм в однослойных двумерных материалах. ^[3]

БАКТЕРИИ, ПИТАЮЩИЕСЯ МЕТАЛЛОМ (15.07.2020)

Ученые уже более 100 лет подозревают существование бактерий, питающихся металлом. Однако до сих пор они не могли этого доказать. Недавно это открытие удалось все-таки сделать микробиологам из Университета Калтех (Калифорнийский технологический институт). Доктор Джаред Лидбеттер проводил исследования с использованием марганца. Закончив опыты, он поставил стеклянную банку, которую использовал, в раковину, чтобы вымочить. По стечению обстоятельств, доктору Лидбеттеру пришлось покинуть кампус на нескольких месяцев и банка все это время стояла замоченной. Вернувшись, он застал сосуд, покрытый черным налетом, который оказался марганцем, окисленным бактериями, живущими в водопроводной воде. Более длительные исследования показали, что эти бактерии могут использовать марганец в процессе хемосинтеза. Это первый открытый случай, когда бактерия использует марганец в качестве источника энергии. Этот революционный шаг для науки принес много важных знаний о естественных циклах, которым подвержены элементы. ^[4]

ПОЧТИ НЕВИДИМЫЕ РЫБЫ (17.07.2020)

Удивительные рыбы, о которых идет речь – это настоящие мастера камуфляжа. Их внешняя черная поверхность поглощает 99,95% фотонов. Эти рыбы прямо-таки «высасывают» весь свет, поэтому даже яркий сноп света позволит разглядеть лишь только черты силуэта на фоне темной бездны. Карен Осборн (зоолог из Музея естественной истории Смитсоновского фонда) вместе со своей командой обнаружила 16 видов рыб, которые выглядят так, как будто они покрыты самым темным известным нам материалом – Вантаблаком (он поглощает 99,96% света). ^[5]

НОБЕЛЕВСКАЯ ПРЕМИЯ ПО ХИМИИ (10.2020)

За разработку метода редактирования генома были награждены Эммануэль Шарпантье и Дженнифер А. Дудна. Вместе они обнаружили точные «ножницы для генов», которые позволят разработать, в частности, новые противоопухолевые терапии. Этот метод был открыт еще в 2012 году и стал революцией в мире науки.^[6]

РЕКОРДНОЕ ВРЕМЯ – ЗЕПТОСЕКУНДЫ (19.10.20)

Ученым удалось измерить кратчайшую единицу времени, получившую название «зептосекунда». Измерение проводилось при наблюдении частицы света, проходящей через молекулу водорода. Это продолжалось 247 зс (зептосекунд). Принято считать, что одна зептосекунда соответствует 10-21 секунде.
Измерения были сделаны группой физиков во главе с проф. Рейнхардом Дернером из немецкого Университета Гете во Франкфурте-на-Майне.^[7]

ПОЛЬСКАЯ НОБЕЛЕВСКАЯ ПРЕМИЯ (04.11.2020)

В этом году также были присуждены премии Фонда польской науки (т. н. Польская Нобелевская премия). В области химических наук премию получила профессор Ева Гурецка из Варшавского университета «за получение жидкокристаллических материалов с хиральной структурой, построенных из нехиральных молекул». ^[8]

АЛМАЗЫ, ПРОИЗВЕДЕННЫЕ ЗА НЕСКОЛЬКО МИНУТ (20.11.2020)

В Австралийском национальном университете (ANU) удалось изготовить алмаз в лаборатории, в условиях только высокого давления, не повышая при этом температуру окружающей среды. В ходе исследований удалось получить два типа алмаза. Один из них – это типичный камень, который после огранки можно использовать, вставив, например, в кольцо. Второй из них – это «лонсдейлит», который образуется в природе при столкновении метеорита с землей. Возможность производства алмаза за очень короткое время и при комнатной температуре открывает широкие возможности, в частности, для промышленности. ^[9]

БУДЕТ ПОСТРОЕН НОВЫЙ АДРОННЫЙ КОЛЛАЙДЕР – Future Circular Collider (FCC)

FCC должен быть в четыре раза больше и значительно мощнее, чем Большой адронный коллайдер (LHC). Ускорители позволяют изучать элементы, возникающие в результате столкновения потоков элементарных частиц. Ускоритель больших размеров и мощности может помочь открыть еще неизвестные формы материи и более тщательно изучить уже известные. ^[1]

ЦИКЛОУГЛЕРОД – НОВАЯ ФОРМА УГЛЯ

Исследователи из Оксфордского университета и IBM Research в Цюрихе представили в своей публикации в журнале Science, как получить кольцо из 18 атомов углерода. Это стабильное соединение было создано благодаря инновационному методу манипуляции с отдельными атомами. Одним из первооткрывателей циклоуглерода стал Пшемыслав Гавел, польский доктор наук из Оксфордского университета.^[2]

МЕДЛЕННЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ УНИЧТОЖАЮТ КЛЕТКИ НОВООБРАЗОВАНИЙ

Исследователи из Венского технического университета обнаружили, что ранее наблюдавшийся эффект разрушения клеток новообразований с помощью медленных электронов возможен. Ион, используя межатомный кулоновский распад, может передавать дополнительную энергию окружающим его атомам. В результате высвобождается огромное множество электронов с достаточным количеством энергии, чтобы вызвать повреждение ДНК клеток новообразований.^[3]

НОВОЕ СОСТОЯНИЕ МАТЕРИИ

Команда ученых из Эдинбургского университета выполнила компьютерное моделирование для более детального изучения так называемого «состояния расплавленной цепи». Испытания были проведены на 20000 атомах калия под давлением от 20000 до 40000 атмосфер и температуре от 126 до 526 градусов Цельсия. Результаты показали, что образовавшиеся структуры представляют новое состояние, в котором образуются две взаимосвязанные решетчатые структуры. Наблюдалось, что цепи переходят в жидкое состояние одновременно с тем как оставшиеся кристаллы калия остаются в твердой форме.^[4]

НОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Ученые из польского центра исследований и применений терагерцовых технологий CENTERA вместе с исследовательскими группами из Франции, Германии и России сделали открытие, которое может привести к созданию новых источников забытого терагерцового излучения. Его необходимо было регулировать с помощью магнитного поля. Результаты этих исследований были описаны в «Nature Photonics».^[5]

НОБЕЛЕВСКАЯ ПРЕМИЯ В ОБЛАСТИ ХИМИИ

Джон Б. Гуденаф, М. Стэнли Уиттингем и Акира Йошино были награждены за разработку легких и емких литий-ионных аккумуляторов, также широко известных как литий-ионные батареи. Их изобретение произвело революцию в мире и, как отметили члены Нобелевского комитета, «заложило основы беспроводного общества, свободного от ископаемого топлива». ^[6]

«ПОЛЬСКАЯ НОБЕЛЕВСКАЯ ПРЕМИЯ»

Лауреатом премии Фонда польской науки (так называемой «польской Нобелевской премии») стал проф. Марчин Дронг с факультета химии Вроцлавской политехники. Он получил признание «за разработку новой технологической платформы, позволяющей получать биологически активные соединения, в частности ингибиторы протеолитических ферментов».^[7]

ДНК в доисторической «жвачке»

Исследователи из Копенгагенского университета сообщают на страницах «Nature Communications» о том, что нашли фрагмент ДНК доисторической жительницы Скандинавии в кусочке березовой смолы, которую та жевала. На основании этого открытия был реконструирован полный геном женщины. Находке около 5700 лет.^[8]

СОЛНЕЧНЫЙ СВЕТ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОПЛИВА

Исследователи из Наньянского технологического университета в Сингапуре открыли метод преобразования пластиковых отходов в химические вещества с использованием солнечного света. Команда ученых провела исследование смеси искусственных материалов с катализатором в растворителе, который позволяет использовать световую энергию. В результате они добились превращения растворенных материалов в муравьиную кислоту. Эта кислота используется в топливных элементах для производства электрической энергии. Целью открытия является разработка устойчивых методов использования солнечного света для производства топлива и других химических продуктов. ^[9]

ЛАЗЕРНЫЙ МЕЧ НА РАССТОЯНИИ ВЫТЯНУТОЙ РУКИ

Студентка Варшавской политехники Александра Флишкевич в рамках своей инженерной работы создала световой меч. Вдохновением послужил восьмой эпизод «Звездных войн». Меч был создан с использованием зеленого лазера и линзы, которая собирает свет в отрезок. Ожидается, что линза, геометрия которой была разработана в Варшавской политехнике в 1990 году, предоставит новые решения в офтальмологии. Она может послужить для создания внутриглазных имплантатов для людей после операции по удалению катаракты. Такие проекты проходят сейчас клинические испытания. ^[10]