Kemijske reakcije se dogajajo ves čas okoli nas – očitno, če pomislimo, toda koliko nas to počne, ko zaženemo avto, skuhamo jajce ali pognojimo trato?
Strokovnjak za kemijsko katalizo Richard Kong razmišlja o kemijskih reakcijah. Pri svojem delu kot »poklicni uglaševalec«, kot pravi, ga ne zanimajo le odzivi, ki nastanejo sami od sebe, temveč tudi prepoznavanje novih odzivov.
Kot Klarmanov štipendist za kemijo in kemijsko biologijo na Fakulteti za umetnost in znanost Kong razvija katalizatorje, ki spodbujajo kemijske reakcije do želenih rezultatov, s čimer ustvarja varne in celo izdelke z dodano vrednostjo, vključno s tistimi, ki lahko pozitivno vplivajo na zdravje ljudi. Sreda.
»Precejšnja količina kemičnih reakcij poteka brez pomoči,« je dejal Kong, misleč na sproščanje ogljikovega dioksida, ko avtomobili kurijo fosilna goriva. »Vendar se vedno bolj zapletene kemične reakcije ne zgodijo samodejno. Tukaj pride v poštev kemična kataliza.«
Kong in njegovi kolegi so razvili katalizatorje za usmerjanje reakcij, ki so jih želeli doseči. Na primer, ogljikov dioksid se lahko pretvori v mravljinčno kislino, metanol ali formaldehid z izbiro pravega katalizatorja in eksperimentiranjem z reakcijskimi pogoji.
Po besedah ​​Kylea Lancasterja, profesorja kemije in kemijske biologije (A&S) in Kongovega moderatorja, se Kongov pristop dobro ujema z "odkritjem usmerjenim" pristopom Lancasterjevega laboratorija. "Richard je imel idejo, da bi uporabil kositer za izboljšanje svoje kemije, kar ni bilo nikoli v mojem scenariju," je dejal Lancaster. "Ima katalizator, ki lahko selektivno pretvori ogljikov dioksid, o katerem se veliko govori v medijih, v nekaj bolj dragocenega."
Kong in njegovi sodelavci so nedavno odkrili sistem, ki lahko pod določenimi pogoji pretvori ogljikov dioksid v mravljinčno kislino.
»Čeprav še nismo na vrhuncu odzivnosti, je naš sistem zelo prilagodljiv,« je dejal Kong. »Na ta način lahko začnemo globlje razumevati, zakaj nekateri katalizatorji delujejo hitreje kot drugi, zakaj so nekateri katalizatorji sami po sebi boljši. Lahko prilagodimo parametre katalizatorjev in poskušamo razumeti, kaj te stvari naredi hitrejše, saj hitreje ko delujejo, bolje delujejo in hitreje lahko ustvarimo molekule.«
Kot Klarmanov sodelavec si Kong prizadeva tudi za odstranjevanje nitratov, običajnega gnojila, ki strupeno pronica v vodne poti, iz okolja in njihovo pretvorbo v bolj neškodljive snovi, je dejal.
Kong je eksperimentiral z uporabo kovin, ki jih najdemo v Zemlji, kot sta aluminij in kositer, kot katalizatorjev. Kovine so poceni, nestrupene in jih je v zemeljski skorji veliko, zato njihova uporaba ne bo predstavljala težav s trajnostjo, je dejal.
»Delamo tudi na tem, kako izdelati katalizatorje, kjer dve kovini medsebojno delujeta,« je dejal Kong. »Katere reakcije in zanimive kemijske procese lahko dosežemo z uporabo dveh kovin v enem ogrodju iz bimetalnih sistemov?«
Gozdovi so kemično okolje, ki zadržuje te kovine – ključnega pomena so za sprostitev potenciala teh kovin, da opravljajo svoje delo, tako kot potrebujete prava oblačila za pravo vreme, je dejal Kong.
Zadnjih 70 let je bil standard uporaba enega samega kovinskega centra za doseganje kemijskih prehodov, vendar so kemiki na tem področju v zadnjem desetletju ali približno tem začeli raziskovati združitev dveh kovin, bodisi kemično bodisi v neposredni bližini. Prvič, pravi Kong, »to vam daje več stopenj svobode.«
Ti bimetalni katalizatorji kemikom omogočajo kombiniranje kovinskih katalizatorjev glede na njihove prednosti in slabosti, pravi Kong. Na primer, kovinsko središče, ki se slabo veže na substrate, a dobro prekinja vezi, lahko deluje z drugim kovinskim središčem, ki slabo prekinja vezi, a se dobro veže na substrate. Prisotnost druge kovine vpliva tudi na lastnosti prve kovine.
»Začne se pojavljati tako imenovani sinergijski učinek med obema kovinskima središčema,« je dejal Kong. »Področje bimetalne katalize že začenja kazati resnično edinstveno in čudovito reaktivnost.«
Kong je dejal, da je še vedno veliko nejasnosti glede tega, kako se kovine vežejo med seboj v molekularnih spojinah. Lepota same kemije ga je navdušila prav toliko kot rezultati. Konga so v laboratorije Lancaster pripeljali zaradi njihovega strokovnega znanja na področju rentgenske spektroskopije.
»To je simbioza,« je dejal Lancaster. »Rentgenska spektroskopija je Richardu pomagala razumeti, kaj se dogaja v ozadju in kaj naredi kositer še posebej reaktiven in sposoben te kemične reakcije. Koristilo nam je njegovo obsežno znanje kemije glavnih skupin, kar je skupini odprlo vrata na novo področje.«
Vse se vrti okoli osnovne kemije in raziskav, pravi Kong, in ta pristop je omogočen s štipendijo Open Klarman.
»Na tipičen dan lahko izvajam reakcije v laboratoriju ali sedim za računalnikom in simuliram molekule,« je dejal. »Trudimo se dobiti čim bolj popolno sliko kemijske aktivnosti.«