Профессор Ричард Ю. Лю стремится к разработке новых методов в органической химии для решения глобальных проблем планеты. В своём исследовании он исследует более чистые методы синтеза, умные материалы и новые способы борьбы с изменением климата.
Недавнее достижение Лю, описанное в статье в журнале Nature Chemistry, использует силу солнечного света для активации особого вида органических молекул. Эти «фотобазы» быстро генерируют гидроксид-ионы, которые эффективно и обратимо поглощают CO₂.
Это нововведение в прямом улавливании воздуха знаменует значительный шаг к созданию масштабируемых решений с низким энергопотреблением для удаления парниковых газов, — говорит Лю. «Отличительной чертой нашей работы является разработка молекулярных переключателей для захвата и высвобождения CO₂ с помощью света. Общий подход, использующий свет непосредственно в качестве источника энергии, является новым подходом».
Лю начал изучать внутреннюю работу органической химии ещё во время учёбы в Гарвардском колледже. «Я начал с мысли, что буду физиком, — говорит он. — Но в первый же семестр я понял, что меня гораздо больше увлекает творческий процесс создания молекул в химической лаборатории».
Под руководством профессора Теда Бетли, профессора химии Эдвина, Лю обнаружил страсть к органическому синтезу, или проектированию и сборке сложных структур атом за атомом. «Мой наставник заметил, что меня на самом деле волновали не железные комплексы, над которыми мы должны были работать, — говорит Лю. — Это был вызов создания самих органических лигандов».
Бетли поощрял Лю развивать эти интересы, работая с группой под руководством Эрика Джейкобсена, профессора химии Шелдона Эмери. Там Лю научился думать о молекулах по-новому, задавать важные вопросы и идти на большой риск.
Этот подход оставался центральным во время его докторской работы в Массачусетском технологическом институте, где Лю работал с химиком Стивеном Бухвальдом над изобретением новых медных и палладиевых катализаторов, которые позволяют получать сложные молекулы из удобных и легкодоступных строительных блоков.
Сейчас, возглавляя собственную лабораторию на факультете химии и химической биологии, Лю фокусируется на вопросах, охватывающих области органической, неорганической химии и химии материалов. Исследования его группы сосредоточены на органических редокс-платформах, катализаторах на основе металлов для синтеза и механистических исследованиях, которые показывают, как происходят химические превращения.
«Мы изучаем, как манипулировать неметаллами — в молекулах, которые дёшевы, доступны и настраиваемы, — чтобы заниматься химией, традиционно предназначенной для металлов», — говорит Лю.
Группа Лю также разрабатывает новые органические материалы для хранения энергии и катализа, а также молекулы, которые могут улавливать и активировать парниковые газы. Недавняя разработка в области прямого улавливания воздуха стала результатом сотрудничества с Дэниелом Г. Носерой, профессором энергетики Паттерсона Роквуда, и иллюстрирует стремление лаборатории Лю к поиску применимых решений.
«Прямое улавливание воздуха — одна из наиболее важных новых климатических технологий, но существующие методы требуют слишком много энергии», — говорит он. «Разрабатывая молекулы, которые используют свет для изменения своего химического состояния и улавливания CO₂, мы демонстрируем путь к более эффективному — и, возможно, работающему на солнечной энергии — будущему».
За открытие также отвечает междисциплинарная команда лаборатории, состоящая из химиков, материаловедов и инженеров. «Мы все говорим на языке органического синтеза, но у каждого человека есть своя область глубоких знаний — от электрохимии до химии серы и компьютерного моделирования, — говорит Лю. — Это означает, что мы можем генерировать новые идеи на стыке наук».
Образование следующего поколения учёных является ключевым в этой миссии, — добавил он. «В конечном счёте, исследования, которые мы здесь проводим, являются своего рода платформой для обучения и образования», — сказал Лю. «Проекты, которые мы делаем, в конечном итоге предназначены для того, чтобы у студентов была убедительная и полная диссертация, которая принесёт им докторскую степень и послужит трамплином для того, что они собираются делать в будущем».
Однако недавние перебои в федеральном финансировании представляют собой, по словам Лю, «экзистенциальную угрозу». «Исследования, проводимые в университетах и институтах высшего образования, в конечном итоге принесут прибыль всему обществу, — говорит Лю. — Наши исследования не направлены на получение прибыли, а предназначены для того, чтобы сделать наши открытия и достижения общедоступными для блага всего мира».
Эта статья опубликована любезно предоставлена Harvard Gazette, официальной газетой Гарвардского университета. Для получения дополнительных новостей университета посетите Harvard.edu.