Сьогодні алюміній здається одним із найдешевших і найпоширеніших металів у світі. Його можна знайти всюди — від кухонної фольги до деталей літаків. Але в середині XIX століття ситуація була зовсім іншою: очищений алюміній був настільки дорогим, що його вважали розкішним матеріалом. Яскравий історичний приклад — невелика піраміда з майже чистого алюмінію, встановлена 6 грудня 1884 року на вершині Монумента Вашингтона. Вона символізувала завершення будівництва пам’ятника, а також демонструвала технологічні можливості того часу.
Тоді алюміній коштував майже стільки ж, як срібло. У 1852 році його ціна сягала приблизно 550 доларів за фунт — у сучасному еквіваленті це близько 23 тисяч доларів. Лише на початку ХХ століття, після появи нових промислових методів виробництва, вартість металу різко впала — менш ніж до одного долара за фунт. Це стало справжньою економічною революцією та відкрило шлях до масового використання алюмінію в промисловості.
Тепер, у XXI столітті, цей метал може пережити ще одну наукову «реабілітацію». Дослідники з King’s College London та Trinity College Dublin повідомили про створення нової форми алюмінію, яка може стати дешевою альтернативою дорогоцінним металам у хімічних каталізаторах. Результати дослідження опублікували в журналі Nature Communications.
Новий матеріал отримав назву циклотриалуман (cyclotrialumane). Його структура складається з трьох атомів алюмінію, з’єднаних у трикутник. Така форма робить сполуку дуже реактивною, але водночас достатньо стабільною, щоб працювати у різних хімічних середовищах. Саме ця комбінація властивостей робить її перспективним каталізатором — речовиною, яка прискорює хімічні реакції.
Сьогодні в багатьох промислових процесах використовують каталізатори з дорогоцінних металів, зокрема платини або паладію. Вони належать до так званої групи платинових металів і дуже ефективні, оскільки стійкі до корозії та легко утворюють хімічні зв’язки. Проте їх видобуток складний і дорогий, а також пов’язаний із великими екологічними витратами. Наприклад, щоб отримати лише кілька грамів таких металів, потрібно переробити близько тонни руди, що потребує значних енергетичних ресурсів.
Саме тому вчені активно шукають альтернативи серед більш доступних елементів періодичної таблиці. За словами керівниці дослідження Клер Бейквелл з King’s College London, алюміній є ідеальним кандидатом. Він надзвичайно поширений у природі і приблизно у 20 тисяч разів дешевший за платину або паладій.
Під час експериментів дослідники виявили, що нова сполука алюмінію може ефективно працювати в кількох важливих хімічних реакціях. Зокрема, вона здатна розщеплювати молекули водню — ключовий процес у виробництві водневої енергетики. Крім того, каталізатор допомагає утворювати етилен — важливу речовину для виробництва пластмас.
Ще цікавіше те, що під час дослідження вчені натрапили на реакції, які взагалі неможливо здійснити за допомогою традиційних каталізаторів із перехідних металів. Це означає, що новий тип алюмінію може відкрити цілий напрямок у хімії, де з’являться абсолютно нові сполуки та технології.
Якщо ці результати підтвердяться у промислових масштабах, дешевий і доступний алюміній може частково замінити дорогі дорогоцінні метали у хімічному виробництві. Це не лише здешевить багато процесів, а й зменшить екологічний вплив видобутку рідкісних металів.
Іронічно, але виходить, що шматок алюмінію на вершині Монумента Вашингтона був символом технологічного прогресу ще понад сто років тому. Схоже, що цей метал знову може опинитися в центрі нової наукової революції — цього разу в хімії та енергетиці.
