Quelles astuces les molécules organiques peuvent-elles être enseignées pour aider à résoudre les plus gros problèmes de notre planète? C'est la question qui stimule le professeur adjoint Richard Y. Liu alors qu'il pousse les frontières de la chimie organique à la poursuite de la synthèse plus propre, des matériaux plus intelligents et de nouvelles façons de lutter contre le changement climatique.
La dernière avancée de Liu, détaillée dans un nouvel article dans Chimie de la natureexploite la puissance du soleil pour déclencher une variété particulière de molécule organique. Comme décrit dans l'article, ces « photobases » génèrent ensuite rapidement des ions d'hydroxyde qui piégent efficacement et réversible2.
Cette innovation dans la capture directe de l'air marque une étape importante vers des solutions évolutives et à faible énergie pour éliminer les gaz à effet de serre, a déclaré Liu. « Ce qui distingue ce travail actuel, c'est la façon dont nous avons développé des commutateurs moléculaires pour capturer et libérer le CO2 avec la lumière. La stratégie générale d'utiliser directement la lumière comme source d'énergie est une nouvelle approche. «
La volonté de Liu de comprendre le fonctionnement intérieur de la chimie organique remonte à ses années au Harvard College. « J'ai commencé à penser que je serais un physicien », a-t-il déclaré. « Mais au cours de mon premier semestre, j'ai réalisé que j'étais beaucoup plus captivé par l'acte créatif de construire des molécules dans le laboratoire de chimie. »
Sous la direction de Ted Betley, professeur de chimie Erving, Liu a découvert une passion pour la synthèse organique, ou la conception et l'assemblage de structures complexes atome par atome.
« Mon mentor a remarqué que ce qui m'a vraiment excité n'était pas les complexes de fer sur lesquels nous étions censés travailler », a déclaré Liu. « C'était le défi de fabriquer les ligands biologiques eux-mêmes. »
Betley a encouragé Liu à poursuivre ces intérêts en travaillant avec un groupe dirigé par Eric Jacobsen, professeur de chimie Sheldon Emery. Là, Liu a appris à penser aux molécules de nouvelles façons, à poser de grandes questions et à prendre de gros risques.
Cette philosophie est restée centrale lors de son travail de doctorat au Massachusetts Institute of Technology, où Liu a travaillé avec le chimiste Stephen Buchwald pour inventer de nouveaux catalyseurs de cuivre et de palladium qui permettent de préparer des molécules complexes à partir de blocs de construction pratiques et facilement disponibles.
Menant maintenant son propre laboratoire au Département de chimie et de biologie chimique, Liu se concentre sur des problèmes couvrant les domaines de la chimie organique, inorganique et des matériaux. Les recherches de son groupe se concentrent sur les plates-formes redox organiques, les catalyseurs à base de métal pour la synthèse et les études mécanistes qui révèlent comment les transformations chimiques se déroulent.
« Nous envisageons comment manipuler les non-métaux – dans des molécules bon marché, abondantes et accordables – pour faire de la chimie traditionnellement réservée aux métaux », a déclaré Liu.
Leur travail n'est pas seulement théorique; Il est conçu pour le monde réel. Le groupe de Liu développe également de nouveaux matériaux organiques pour le stockage et la catalyse d'énergie, ainsi que des molécules qui peuvent capturer et activer les gaz à effet de serre. Le récent développement de la capture aérienne directe a été le produit d'une collaboration avec Daniel G. Nocera, professeur d'énergie de Patterson Rockwood, et illustre la poursuite par le laboratoire de Liu des solutions applicables.
« La capture directe de l'air est l'une des technologies climatiques émergentes les plus importantes, mais les méthodes existantes nécessitent trop d'énergie », a-t-il déclaré.
« En concevant des molécules qui utilisent la lumière pour changer leur état chimique et leur piège CO2nous démontrons un chemin vers une puissance plus efficace – et peut-être à énergie solaire. «
L'équipe interdisciplinaire de chimistes, les scientifiques des matériaux et les ingénieurs.
« Nous parlons tous le langage de la synthèse organique, mais chaque personne a un domaine d'expertise plus approfondie – de l'électrochimie à la chimie du soufre à la modélisation informatique », a déclaré Liu. « Cela signifie que nous pouvons générer de nouvelles idées aux intersections. »
L'éducation de la prochaine génération de scientifiques est au cœur de cette mission, a-t-il ajouté. « En fin de compte, la recherche que nous faisons ici est une sorte de plateforme de formation et d'éducation », a déclaré Liu.
« Les projets que nous réalisons sont en fin de compte pour les étudiants d'avoir une thèse convaincante et complète qui leur rapporte leur doctorat et sert de tremplin pour ce qu'ils vont faire à l'avenir. »
Pourtant, les perturbations récentes du financement fédéral présentent ce que Liu appelle «une menace existentielle».
« Les recherches effectuées dans les universités et les institutions d'enseignement supérieur récolteront finalement des bénéfices pour toute la société », a déclaré Liu. « Nos recherches ne sont pas motivées par les bénéfices, mais destinées à rendre nos découvertes et avancées accessibles au public au profit du monde. »
