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 lydtekniker», som han selv uttrykker det, er han ikke bare interessert i reaksjonene som oppstår i ham selv, men også i å provosere frem nye.
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 en katalysator for å styre reaksjonen de ønsket, og det skjedde. For eksempel kan karbondioksid omdannes til maursyre, metanol eller formaldehyd ved å velge riktig katalysator og eksperimentere med reaksjonsbetingelsene.
Ifølge Kyle Lancaster, professor i kjemi og kjemisk biologi (A&S) og professor ved Kong, 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 i planen min», sa Lancaster. «Det er en katalysator for selektiv omdanning av karbondioksid til noe mer verdifullt, og karbondioksid får mye dårlig omtale.»
Kong og hans samarbeidspartnere oppdaget nylig et system som under visse forhold kan omdanne karbondioksid til maursyre.
«Selv om vi for øyeblikket ikke er i nærheten av den nyeste reaktiviteten, er systemet vårt svært konfigurerbart», sa Kong. «Så vi kan begynne å forstå dypere hvorfor noen katalysatorer fungerer raskere enn andre, hvorfor noen katalysatorer iboende er bedre. Vi kan justere parametrene til katalysatorene og prøve å forstå hva som får disse tingene til å fungere raskere, fordi jo raskere de fungerer, desto bedre – du kan lage molekyler raskere.»
Som Klarman-stipendiat jobber Kong også med å omdanne nitrater, vanlige gjødselstoffer som siver giftig ut i vannveier, fra miljøet til noe ufarlig, sier han.
Kong eksperimenterte med vanlige jordmetaller 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 prøver også å finne ut hvordan vi kan lage katalysatorer der to av disse metallene samhandler med hverandre», sa Kong. «Ved å bruke to metaller i rammeverket, hva slags reaksjoner og interessante spørsmål kan vi få fra bimetalliske systemer?» «Kjemisk reaksjon?»
Ifølge Kong er stillas det kjemiske miljøet der disse metallene befinner seg.
De siste 70 årene har normen vært å bruke et enkelt metallsenter for å oppnå kjemiske transformasjoner, men i løpet av det siste tiåret eller så har kjemikere innen feltet begynt å utforske synergistiske interaksjoner mellom to kjemisk bundne eller sammenhengende metaller. Kong sa: «Det gir 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 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 få det vi kaller en synergistisk effekt mellom de to metallsentrene», sa Kong. «Noen virkelig unike og fantastiske reaksjoner begynner å dukke opp innen bimetallisk katalyse.»
Kong sa at det fortsatt er mye usikkerhet rundt hvordan metaller binder seg til hverandre i molekylære former. Han var like begeistret for selve kjemiens skjønnhet som for resultatene. Kong ble hentet til Lancasters laboratorium for deres ekspertise innen røntgenspektroskopi.
«Det er en symbiose», sa Lancaster. «Røntgenspektroskopi hjalp Richard med å forstå hva som var under panseret og hva som gjorde tinn spesielt reaktivt og i stand til å utføre denne kjemiske reaksjonen. Vi drar nytte av hans omfattende kunnskap om hovedgruppekjemi, som har åpnet opp for et nytt felt.»
Alt handler om grunnleggende kjemi og forskning, en tilnærming som er muliggjort av Open Klarman Fellowship, sa Kong.
«Vanligvis kan jeg kjøre reaksjonen i laboratoriet eller sitte ved datamaskinen og simulere molekylet», sa han. «Vi prøver å få et så komplett bilde av kjemisk aktivitet som mulig.»