Kjemiske reaksjoner skjer rundt oss hele tiden – åpenbart når du tenker over det, men hvor mange av oss gjør det når vi starter en bil, koker et egg eller gjødsler plenen vår?
Richard Kong, ekspert på kjemisk katalyse, har tenkt på kjemiske reaksjoner. I arbeidet sitt som «profesjonell tuner», som han uttrykker det, er han ikke bare interessert i reaksjoner som oppstår av seg selv, men også i å identifisere nye reaksjoner.
Som Klarman-stipendiat i kjemi og kjemisk biologi ved College of Arts and Sciences, jobber Kong med å utvikle katalysatorer som driver kjemiske reaksjoner til ønskede resultater, og skaper trygge og til og med verdiskapende produkter, inkludert de som kan ha en positiv innvirkning på menneskers helse. onsdag.
«En betydelig mengde kjemiske reaksjoner skjer uten hjelp», sa Kong, med henvisning til utslipp av karbondioksid når biler forbrenner fossilt brensel. «Men mer komplekse og komplekse kjemiske reaksjoner skjer ikke automatisk. Det er her kjemisk katalyse kommer inn i bildet.»
Kong og kollegene hans utviklet katalysatorer for å styre reaksjonene de ønsket å skje. For eksempel kan karbondioksid omdannes til maursyre, metanol eller formaldehyd ved å velge riktig katalysator og eksperimentere med reaksjonsbetingelser.
Ifølge Kyle Lancaster, professor i kjemi og kjemisk biologi (A&S) og Kongs moderator, passer Kongs tilnærming godt med den «oppdagelsesdrevne» tilnærmingen til Lancasters laboratorium. «Richard hadde ideen om å bruke tinn for å forbedre kjemien sin, noe som aldri var med i manuset mitt», sa Lancaster. «Han har en katalysator som selektivt kan omdanne karbondioksid, som det snakkes mye om i pressen, til noe mer verdifullt.»
Kong og hans samarbeidspartnere oppdaget nylig et system som under visse forhold kan omdanne karbondioksid til maursyre.
«Selv om vi ennå ikke er helt i toppform når det gjelder respons, er systemet vårt svært tilpassbart», sa Kong. «På denne måten kan vi begynne å forstå dypere hvorfor noen katalysatorer fungerer raskere enn andre, hvorfor noen katalysatorer iboende er bedre. Vi kan justere parameterne til katalysatorene og prøve å forstå hva som får disse tingene til å fungere raskere, fordi jo raskere de fungerer, desto bedre fungerer de, desto raskere kan du lage molekyler.»
Som Klarman-stipendiat jobber Kong også med å fjerne nitrater, en vanlig gjødsel som siver giftig inn i vannveier, fra miljøet og gjøre dem om til mer ufarlige stoffer, sa han.
Kong eksperimenterte med å bruke metaller som finnes i jorden, som aluminium og tinn, som katalysatorer. Metallene er billige, giftfrie og finnes i store mengder i jordskorpen, så bruk av dem vil ikke medføre bærekraftsproblemer, sa han.
«Vi jobber også med hvordan vi kan lage katalysatorer der to metaller samhandler med hverandre», sa Kong. «Hvilke reaksjoner og interessante kjemiske prosesser kan vi få fra bimetalliske systemer ved å bruke to metaller i ett rammeverk?»
Skoger er det kjemiske miljøet som inneholder disse metallene – de er avgjørende for å frigjøre potensialet til disse metallene til å gjøre jobben sin, akkurat som du trenger de riktige klærne til riktig vær, sa Kong.
De siste 70 årene har standarden vært å bruke et enkelt metallsenter for å oppnå kjemiske overganger, men i løpet av det siste tiåret eller så har kjemikere innen feltet begynt å undersøke foreningen av to metaller, enten kjemisk eller i umiddelbar nærhet. For det første, sier Kong, «gir det deg flere frihetsgrader.»
Disse bimetalliske katalysatorene gir kjemikere muligheten til å kombinere metallkatalysatorer basert på deres styrker og svakheter, sier Kong. For eksempel kan et metallsenter som binder seg dårlig til substrater, men bryter bindinger godt, fungere sammen med et annet metallsenter som bryter bindinger dårlig, men binder seg godt til substrater. Tilstedeværelsen av det andre metallet påvirker også egenskapene til det første metallet.
«Man kan begynne å se det vi kaller en synergistisk effekt mellom de to metallsentrene», sa Kong. «Feltet bimetallisk katalyse begynner allerede å vise en virkelig unik og fantastisk reaktivitet.»
Kong sa at det fortsatt er mange uklarheter om hvordan metaller binder seg til hverandre i molekylære forbindelser. Han var like begeistret for selve kjemiens skjønnhet som for resultatene. Kong ble hentet til Lancaster Laboratories på grunn av deres ekspertise innen røntgenspektroskopi.
«Det er en symbiose», sa Lancaster. «Røntgenspektroskopi hjalp Richard med å forstå hva som foregikk bak kulissene og hva som gjør tinn spesielt reaktivt og i stand til å utføre denne kjemiske reaksjonen. Vi dro nytte av hans omfattende kunnskap om hovedgruppekjemi, som åpnet døren for gruppen til et nytt område.»
Alt handler om grunnleggende kjemi og forskning, sier Kong, og denne tilnærmingen er muliggjort av et Open Klarman-stipend.
«På en typisk dag kan jeg kjøre reaksjoner i laboratoriet eller sitte ved en datamaskin og simulere molekyler», sa han. «Vi prøver å få et så komplett bilde av kjemisk aktivitet som mulig.»