Chemiese reaksies vind heeltyd rondom ons plaas – voor die hand liggend as jy daaroor dink, maar hoeveel van ons doen dit wanneer ons 'n motor aanskakel, 'n eier kook of ons grasperk bemes?
Richard Kong, 'n chemiese katalise-deskundige, het oor chemiese reaksies nagedink. In sy werk as 'n "professionele tuner", soos hy dit stel, stel hy nie net belang in reaksies wat vanself ontstaan ​​nie, maar ook in die identifisering van nuwe reaksies.
As 'n Klarman-genoot in Chemie en Chemiese Biologie aan die Kollege vir Lettere en Wetenskappe, werk Kong daaraan om katalisators te ontwikkel wat chemiese reaksies tot gewenste uitkomste dryf, en sodoende veilige en selfs waardetoegevoegde produkte skep, insluitend dié wat 'n positiewe impak op die persoon se gesondheid kan hê. Woensdag.
“’n Beduidende hoeveelheid chemiese reaksies vind sonder hulp plaas,” het Kong gesê, met verwysing na die vrystelling van koolstofdioksied wanneer motors fossielbrandstowwe verbrand. “Maar meer komplekse chemiese reaksies gebeur nie outomaties nie. Dit is waar chemiese katalise ter sprake kom.”
Kong en sy kollegas het katalisators ontwikkel om die reaksies wat hulle wou hê, te rig. Koolstofdioksied kan byvoorbeeld omgeskakel word na miersuur, metanol of formaldehied deur die regte katalisator te kies en met reaksiekondisies te eksperimenteer.
Volgens Kyle Lancaster, professor in chemie en chemiese biologie (A&S) en Kong se moderator, pas Kong se benadering goed by die "ontdekkingsgedrewe" benadering van Lancaster se laboratorium. "Richard het die idee gehad om tin te gebruik om sy chemie te verbeter, wat nooit in my draaiboek was nie," het Lancaster gesê. "Hy het 'n katalisator wat koolstofdioksied, waaroor baie in die pers gepraat word, selektief in iets meer waardevol kan omskakel."
Kong en sy medewerkers het onlangs 'n stelsel ontdek wat onder sekere omstandighede koolstofdioksied in miersuur kan omskakel.
“Alhoewel ons nog nie die nuutste tegnologie in responsiwiteit het nie, is ons stelsel hoogs aanpasbaar,” het Kong gesê. “Op hierdie manier kan ons dieper begin verstaan ​​waarom sommige katalisators vinniger as ander werk, waarom sommige katalisators inherent beter is. Ons kan die parameters van die katalisators aanpas en probeer verstaan ​​wat hierdie dinge vinniger laat werk, want hoe vinniger hulle werk, hoe beter hulle werk, hoe vinniger kan jy molekules skep.”
As 'n Klarman-genoot werk Kong ook daaraan om nitrate, 'n algemene kunsmis wat toksies in waterweë sypel, uit die omgewing te verwyder en dit in meer onskadelike stowwe te omskep, het hy gesê.
Kong het geëksperimenteer met die gebruik van metale wat in die aarde voorkom, soos aluminium en tin, as katalisators. Die metale is goedkoop, nie-giftig en volop in die aardkors, dus die gebruik daarvan sal nie volhoubaarheidsprobleme inhou nie, het hy gesê.
“Ons werk ook daaraan om katalisators te maak waar twee metale met mekaar in wisselwerking tree,” het Kong gesê. “Deur twee metale in een raamwerk te gebruik, watter reaksies en interessante chemiese prosesse kan ons van bimetalliese stelsels kry?”
Woude is die chemiese omgewing wat hierdie metale bevat – hulle is van kritieke belang om die potensiaal van hierdie metale te ontsluit om hul werk te doen, net soos jy die regte klere vir die regte weer nodig het, het Kong gesê.
Vir die afgelope 70 jaar was die standaard om 'n enkele metaalsentrum te gebruik om chemiese oorgange te bewerkstellig, maar in die laaste dekade of so het chemici in die veld begin om die vereniging van twee metale te ondersoek, hetsy chemies of in noue nabyheid. Eerstens, sê Kong, "Dit gee jou meer grade van vryheid."
Hierdie bimetalliese katalisators gee chemici die vermoë om metaalkatalisators te kombineer gebaseer op hul sterk- en swakpunte, sê Kong. Byvoorbeeld, 'n metaalkern wat swak aan substrate bind, maar bindings goed breek, kan saamwerk met 'n ander metaalkern wat swak bindings breek, maar goed aan substrate bind. Die teenwoordigheid van die tweede metaal beïnvloed ook die eienskappe van die eerste metaal.
“Jy kan begin om te kry wat ons 'n sinergistiese effek tussen die twee metaalsentrums noem,” het Kong gesê. “Die veld van bimetalliese katalise begin reeds 'n paar werklik unieke en wonderlike reaktiwiteit toon.”
Kong het gesê daar is steeds baie onduidelikhede oor hoe metale aan mekaar bind in molekulêre verbindings. Hy was net so opgewonde oor die skoonheid van die chemie self as oor die resultate. Kong is na Lancaster Laboratories gebring vir hul kundigheid in X-straalspektroskopie.
“Dis ’n simbiose,” het Lancaster gesê. “X-straalspektroskopie het Richard gehelp om te verstaan ​​wat agter die skerms aangaan en wat tin besonder reaktief en in staat maak tot hierdie chemiese reaksie. Ons het baat gevind by sy uitgebreide kennis van hoofgroepchemie, wat die deur vir die groep na ’n nuwe gebied oopgemaak het.”
Dit kom alles neer op basiese chemie en navorsing, sê Kong, en hierdie benadering word moontlik gemaak deur 'n Open Klarman-beurs.
“Op ’n tipiese dag kan ek reaksies in die laboratorium uitvoer of by ’n rekenaar sit en molekules simuleer,” het hy gesê. “Ons probeer om so ’n volledige prentjie van chemiese aktiwiteit as moontlik te kry.”