Chemické reakcie prebiehajú všade okolo nás neustále – je to zrejmé, keď sa nad tým zamyslíte, ale koľkí z nás to robia, keď štartujú auto, varia vajíčko alebo hnojia trávnik?
Richard Kong, expert na chemickú katalýzu, sa zamýšľa nad chemickými reakciami. Vo svojej práci „profesionálneho ladiaceho technika“, ako sám hovorí, sa nezaujíma len o reakcie, ktoré vznikajú samy o sebe, ale aj o identifikáciu nových reakcií.
Ako Klarmanov štipendista v odbore chémia a chemická biológia na Fakulte umení a vied pracuje Kong na vývoji katalyzátorov, ktoré riadia chemické reakcie k požadovaným výsledkom, čím vytvára bezpečné a dokonca aj hodnotné produkty vrátane tých, ktoré môžu mať pozitívny vplyv na zdravie človeka. Streda.
„Významné množstvo chemických reakcií prebieha bez pomoci,“ povedal Kong s odkazom na uvoľňovanie oxidu uhličitého pri spaľovaní fosílnych palív v autách. „Ale zložitejšie a komplexnejšie chemické reakcie neprebiehajú automaticky. Tu prichádza na rad chemická katalýza.“
Kong a jeho kolegovia vyvinuli katalyzátory na riadenie reakcií, ktoré chceli dosiahnuť. Napríklad oxid uhličitý sa dá premeniť na kyselinu mravčiu, metanol alebo formaldehyd výberom správneho katalyzátora a experimentovaním s reakčnými podmienkami.
Podľa Kylea Lancastera, profesora chémie a chemickej biológie (A&S) a Kongovho moderátora, Kongov prístup dobre zapadá do „objavovo orientovaného“ prístupu Lancasterovho laboratória. „Richard mal nápad použiť cín na zlepšenie svojej chémie, čo nikdy nebolo v mojom scenári,“ povedal Lancaster. „Má katalyzátor, ktorý dokáže selektívne premeniť oxid uhličitý, o ktorom sa v tlači veľa hovorí, na niečo hodnotnejšie.“
Kong a jeho spolupracovníci nedávno objavili systém, ktorý za určitých podmienok dokáže premeniť oxid uhličitý na kyselinu mravčiu.
„Hoci ešte nie sme na špičke v oblasti responzívnosti, náš systém je vysoko prispôsobiteľný,“ povedal Kong. „Týmto spôsobom môžeme začať hlbšie chápať, prečo niektoré katalyzátory fungujú rýchlejšie ako iné, prečo sú niektoré katalyzátory inherentne lepšie. Môžeme upraviť parametre katalyzátorov a pokúsiť sa pochopiť, čo spôsobuje, že tieto veci fungujú rýchlejšie, pretože čím rýchlejšie fungujú, tým lepšie fungujú a tým rýchlejšie môžete vytvárať molekuly.“
Ako člen Klarmanovej organizácie sa Kong tiež venuje odstraňovaniu dusičnanov, bežného hnojiva, ktoré sa toxicky dostáva do vodných tokov, z prostredia a ich premene na neškodnejšie látky, povedal.
Kong experimentoval s použitím kovov nachádzajúcich sa v zemi, ako je hliník a cín, ako katalyzátorov. Tieto kovy sú lacné, netoxické a hojne sa vyskytujú v zemskej kôre, takže ich použitie nebude predstavovať problémy s udržateľnosťou, povedal.
„Pracujeme tiež na tom, ako vyrobiť katalyzátory, v ktorých dva kovy interagujú navzájom,“ povedal Kong. „Aké reakcie a zaujímavé chemické procesy môžeme dosiahnuť z bimetalických systémov použitím dvoch kovov v jednej štruktúre?“
Lesy sú chemickým prostredím, ktoré tieto kovy uchováva – sú kľúčové pre uvoľnenie potenciálu týchto kovov na vykonávanie ich funkcie, rovnako ako potrebujete správne oblečenie do správneho počasia, povedal Kong.
Počas uplynulých 70 rokov bolo štandardom použitie jediného kovového centra na dosiahnutie chemických prechodov, ale v poslednom desaťročí začali chemici v tejto oblasti skúmať spojenie dvoch kovov, či už chemicky alebo v tesnej blízkosti. Po prvé, hovorí Kong, „dáva vám to viac stupňov voľnosti.“
Tieto bimetalové katalyzátory umožňujú chemikom kombinovať kovové katalyzátory na základe ich silných a slabých stránok, hovorí Kong. Napríklad kovové centrum, ktoré sa zle viaže na substráty, ale dobre ich rozbíja, môže fungovať s iným kovovým centrom, ktoré zle rozbíja väzby, ale dobre sa viaže na substráty. Prítomnosť druhého kovu tiež ovplyvňuje vlastnosti prvého kovu.
„Medzi týmito dvoma kovovými centrami sa môže začať prejavovať to, čo nazývame synergickým efektom,“ povedal Kong. „Oblasť bimetalickej katalýzy už začína vykazovať skutočne jedinečnú a úžasnú reaktivitu.“
Kong povedal, že stále existuje veľa nejasností o tom, ako sa kovy viažu v molekulárnych zlúčeninách. Krása samotnej chémie ho nadchla rovnako ako výsledky. Konga priviedli do Lancaster Laboratories kvôli ich odborným znalostiam v oblasti röntgenovej spektroskopie.
„Je to symbióza,“ povedal Lancaster. „Röntgenová spektroskopia pomohla Richardovi pochopiť, čo sa deje v zákulisí a čo robí cín obzvlášť reaktívnym a schopným tejto chemickej reakcie. Ťažili sme z jeho rozsiahlych znalostí chémie hlavných skupín, čo skupine otvorilo dvere do novej oblasti.“
Všetko sa točí okolo základnej chémie a výskumu, hovorí Kong, a tento prístup je možný vďaka štipendiu Open Klarman.
„V bežný deň môžem spúšťať reakcie v laboratóriu alebo sedieť pri počítači a simulovať molekuly,“ povedal. „Snažíme sa získať čo najkompletnejší obraz o chemickej aktivite.“