Reacțiile chimice se petrec în jurul nostru tot timpul - evident dacă te gândești la asta, dar câți dintre noi le facem atunci când pornim o mașină, fierbem un ou sau fertilizăm gazonul?
Expertul în cataliză chimică, Richard Kong, a studiat reacțiile chimice. În munca sa de „reglator profesionist”, așa cum se numește el, nu este interesat doar de răspunsurile care apar de la sine, ci și de identificarea de noi răspunsuri.
În calitate de bursier Klarman în chimie și biologie chimică la Colegiul de Arte și Științe, Kong lucrează la dezvoltarea de catalizatori care conduc reacțiile chimice la rezultatele dorite, creând produse sigure și chiar cu valoare adăugată, inclusiv cele care pot avea un impact pozitiv asupra sănătății umane. Miercuri.
„Un număr semnificativ de reacții chimice au loc neajutorate”, a spus Kong, referindu-se la eliberarea de dioxid de carbon atunci când mașinile ard combustibili fosili. „Dar reacțiile chimice mai complexe nu se întâmplă automat. Aici intervine cataliza chimică.”
Kong și colegii săi au dezvoltat catalizatori pentru a dirija reacțiile dorite. De exemplu, dioxidul de carbon poate fi transformat în acid formic, metanol sau formaldehidă prin alegerea catalizatorului potrivit și experimentarea cu condițiile de reacție.
Potrivit lui Kyle Lancaster, profesor de chimie și biologie chimică (A&S) și moderator al lui Kong, abordarea lui Kong se potrivește bine cu abordarea „orientată spre descoperire” a laboratorului lui Lancaster. „Richard a avut ideea de a folosi staniul pentru a-și îmbunătăți chimia, lucru care nu a fost niciodată în planul meu”, a spus Lancaster. „Are un catalizator care poate converti selectiv dioxidul de carbon, despre care se vorbește mult în presă, în ceva mai valoros.”
Kong și colaboratorii săi au descoperit recent un sistem care, în anumite condiții, poate transforma dioxidul de carbon în acid formic.
„Deși nu suntem încă la cel mai înalt nivel de reacție, sistemul nostru este extrem de personalizabil”, a spus Kong. „În acest fel, putem începe să înțelegem mai profund de ce unii catalizatori funcționează mai repede decât alții, de ce unii catalizatori sunt în mod inerent mai buni. Putem modifica parametrii catalizatorilor și încerca să înțelegem ce face ca aceste lucruri să funcționeze mai repede, deoarece cu cât funcționează mai repede, cu atât funcționează mai bine, cu atât mai repede poți crea molecule.”
În calitate de bursier Klarman, Kong lucrează și la eliminarea nitraților, un îngrășământ comun care se infiltrează toxic în căile navigabile, din mediu și la transformarea lor în substanțe mai inofensive, a spus el.
Kong a experimentat utilizarea metalelor găsite în pământ, cum ar fi aluminiul și staniul, drept catalizatori. Metalele sunt ieftine, netoxice și abundente în scoarța terestră, așa că utilizarea lor nu va pune probleme de sustenabilitate, a spus el.
„De asemenea, lucrăm la modul de fabricare a catalizatorilor în care două metale interacționează între ele”, a spus Kong. „Prin utilizarea a două metale într-un singur cadru, ce reacții și procese chimice interesante putem obține din sistemele bimetalice?”
„Pădurile reprezintă mediul chimic care conține aceste metale – ele sunt esențiale pentru a debloca potențialul acestor metale de a-și face treaba, la fel cum ai nevoie de hainele potrivite pentru vremea potrivită”, a spus Kong.
În ultimii 70 de ani, standardul a fost utilizarea unui singur centru metalic pentru a realiza tranziții chimice, dar în ultimul deceniu sau cam așa ceva, chimiștii din domeniu au început să investigheze uniunea a două metale, fie chimic, fie în imediata apropiere. În primul rând, spune Kong, „Îți oferă mai multe grade de libertate”.
„Acești catalizatori bimetalici oferă chimiștilor posibilitatea de a combina catalizatori metalici în funcție de punctele lor forte și slabe”, spune Kong. De exemplu, un centru metalic care se leagă slab de substraturi, dar rupe bine legăturile, poate funcționa cu un alt centru metalic care rupe slab legăturile, dar se leagă bine de substraturi. Prezența celui de-al doilea metal afectează, de asemenea, proprietățile primului metal.
„Puteți începe să observați ceea ce numim un efect sinergic între cele două centre metalice”, a spus Kong. „Domeniul catalizei bimetalice începe deja să demonstreze o reactivitate cu adevărat unică și minunată.”
Kong a spus că există încă multe ambiguități cu privire la modul în care metalele se leagă între ele în compușii moleculari. El a fost la fel de entuziasmat de frumusețea chimiei în sine, precum a fost și de rezultate. Kong a fost adus la Laboratoarele Lancaster pentru expertiza lor în spectroscopia cu raze X.
„Este o simbioză”, a spus Lancaster. „Spectroscopia cu raze X l-a ajutat pe Richard să înțeleagă ce se întâmplă în culise și ce face ca staniul să fie deosebit de reactiv și capabil de această reacție chimică. Am beneficiat de cunoștințele sale vaste despre chimia grupurilor majore, ceea ce a deschis grupului ușa către un nou domeniu.”
Totul se reduce la chimie de bază și cercetare, spune Kong, iar această abordare este posibilă datorită unei burse Open Klarman.
„Într-o zi obișnuită, pot rula reacții în laborator sau pot sta la un computer simulând molecule”, a spus el. „Încercăm să obținem o imagine cât mai completă posibil a activității chimice.”