Kemiske reaktioner sker overalt omkring os hele tiden – indlysende, når man tænker over det, men hvor mange af os gør det, når vi starter en bil, koger et æg eller gøder vores græsplæne?
Richard Kong, ekspert i kemisk katalyse, har tænkt over kemiske reaktioner. I sit arbejde som "professionel tuner", som han udtrykker det, er han ikke kun interesseret i reaktioner, der opstår af sig selv, men også i at identificere nye reaktioner.
Som Klarman Fellow i kemi og kemisk biologi på College of Arts and Sciences arbejder Kong på at udvikle katalysatorer, der driver kemiske reaktioner til ønskede resultater og skaber sikre og endda værdiskabende produkter, herunder dem, der kan have en positiv indvirkning på menneskers sundhed. onsdag.
"En betydelig mængde kemiske reaktioner finder sted uden hjælp," sagde Kong med henvisning til frigivelsen af ​​kuldioxid, når biler forbrænder fossile brændstoffer. "Men mere komplekse og komplekse kemiske reaktioner sker ikke automatisk. Det er her, kemisk katalyse kommer i spil."
Kong og hans kolleger udviklede katalysatorer til at styre de reaktioner, de ønskede at skulle ske. For eksempel kan kuldioxid omdannes til myresyre, methanol eller formaldehyd ved at vælge den rigtige katalysator og eksperimentere med reaktionsbetingelser.
Ifølge Kyle Lancaster, professor i kemi og kemisk biologi (A&S) og Kongs moderator, passer Kongs tilgang godt til den "opdagelsesdrevne" tilgang i Lancasters laboratorium. "Richard havde ideen om at bruge tin til at forbedre sin kemi, hvilket aldrig var en del af mit manuskript," sagde Lancaster. "Han har en katalysator, der selektivt kan omdanne kuldioxid, som der tales meget om i pressen, til noget mere værdifuldt."
Kong og hans samarbejdspartnere opdagede for nylig et system, der under visse betingelser kan omdanne kuldioxid til myresyre.
"Selvom vi endnu ikke er på topmoderne inden for responsivitet, er vores system meget brugerdefinerbart," sagde Kong. "På denne måde kan vi begynde at forstå dybere, hvorfor nogle katalysatorer virker hurtigere end andre, og hvorfor nogle katalysatorer i sagens natur er bedre. Vi kan justere katalysatorernes parametre og forsøge at forstå, hvad der får disse ting til at virke hurtigere, for jo hurtigere de virker, jo bedre virker de, jo hurtigere kan man skabe molekyler."
Som Klarman Fellow arbejder Kong også på at fjerne nitrater, en almindelig gødning, der siver giftigt ud i vandløb, fra miljøet og omdanne dem til mere harmløse stoffer, sagde han.
Kong eksperimenterede med at bruge metaller fra jorden, såsom aluminium og tin, som katalysatorer. Metallerne er billige, giftfri og findes i rigelige mængder i jordskorpen, så brugen af ​​dem vil ikke medføre bæredygtighedsproblemer, sagde han.
"Vi arbejder også på, hvordan man kan lave katalysatorer, hvor to metaller interagerer med hinanden," sagde Kong. "Hvilke reaktioner og interessante kemiske processer kan vi opnå fra bimetalliske systemer ved at bruge to metaller i ét rammeværk?"
Skove er det kemiske miljø, der indeholder disse metaller – de er afgørende for at frigøre disse metallers potentiale til at udføre deres arbejde, ligesom man har brug for det rigtige tøj til det rigtige vejr, sagde Kong.
I de sidste 70 år har standarden været at bruge et enkelt metalcenter til at opnå kemiske overgange, men i det sidste årti eller deromkring er kemikere inden for feltet begyndt at undersøge foreningen af ​​to metaller, enten kemisk eller i tæt nærhed. For det første, siger Kong, "giver det dig flere frihedsgrader."
Disse bimetalliske katalysatorer giver kemikere mulighed for at kombinere metalkatalysatorer baseret på deres styrker og svagheder, siger Kong. For eksempel kan et metalcenter, der binder dårligt til substrater, men bryder bindinger godt, fungere sammen med et andet metalcenter, der bryder bindinger dårligt, men binder godt til substrater. Tilstedeværelsen af ​​det andet metal påvirker også egenskaberne af det første metal.
"Man kan begynde at se, hvad vi kalder en synergistisk effekt mellem de to metalcentre," sagde Kong. "Feltet for bimetallisk katalyse begynder allerede at vise en virkelig unik og vidunderlig reaktivitet."
Kong sagde, at der stadig er mange uklarheder om, hvordan metaller binder sig til hinanden i molekylære forbindelser. Han var lige så begejstret for selve kemiens skønhed, som han var for resultaterne. Kong blev hentet til Lancaster Laboratories på grund af deres ekspertise inden for røntgenspektroskopi.
"Det er en symbiose," sagde Lancaster. "Røntgenspektroskopi hjalp Richard med at forstå, hvad der foregik bag kulisserne, og hvad der gør tin særligt reaktivt og i stand til at udføre denne kemiske reaktion. Vi nød godt af hans omfattende viden om større gruppekemi, som åbnede døren for gruppen til et nyt område."
Det hele handler om grundlæggende kemi og forskning, siger Kong, og denne tilgang er muliggjort af et Open Klarman-stipendium.
"På en typisk dag kan jeg køre reaktioner i laboratoriet eller sidde ved en computer og simulere molekyler," sagde han. "Vi forsøger at få et så fuldstændigt billede af kemisk aktivitet som muligt."