Хімічні реакції відбуваються навколо нас постійно — це очевидно, якщо подумати, але скільки з нас роблять це, коли заводять машину, варять яйце або удобрюють газон?
Експерт з хімічного каталізу Річард Конг розмірковував над хімічними реакціями. У своїй роботі «професійного налаштовувача», як він сам каже, його цікавлять не лише реакції, що виникають самі по собі, але й виявлення нових реакцій.
Як стипендіат Klarman з хімії та хімічної біології в Коледжі мистецтв і наук, Конг працює над розробкою каталізаторів, які призводять хімічні реакції до бажаних результатів, створюючи безпечні та навіть цінніші продукти, зокрема ті, що можуть позитивно впливати на здоров'я людини. Середа.
«Значна кількість хімічних реакцій відбувається самостійно», – сказав Конг, маючи на увазі виділення вуглекислого газу під час спалювання викопного палива автомобілями. «Але складніші хімічні реакції не відбуваються автоматично. Саме тут вступає в гру хімічний каталіз».
Конг та його колеги розробили каталізатори для керування реакціями, які вони хотіли б викликати. Наприклад, вуглекислий газ можна перетворити на мурашину кислоту, метанол або формальдегід, вибравши правильний каталізатор та експериментуючи з умовами реакції.
За словами Кайла Ланкастера, професора хімії та хімічної біології (A&S) та модератора Конга, підхід Конга добре вписується в підхід лабораторії Ланкастера, орієнтований на відкриття. «У Річарда виникла ідея використовувати олово для покращення своєї хімії, чого я ніколи не планував», – сказав Ланкастер. «У нього є каталізатор, який може вибірково перетворювати вуглекислий газ, про який багато говорять у пресі, на щось цінніше».
Конг та його колеги нещодавно відкрили систему, яка за певних умов може перетворювати вуглекислий газ на мурашину кислоту.
«Хоча ми ще не досягли найвищого рівня чутливості, наша система має високий рівень налаштування», — сказав Конг. «Таким чином, ми можемо почати глибше розуміти, чому деякі каталізатори працюють швидше за інші, чому деякі каталізатори за своєю суттю кращі. Ми можемо налаштувати параметри каталізаторів і спробувати зрозуміти, що змушує ці речі працювати швидше, тому що чим швидше вони працюють, тим краще вони працюють, тим швидше можна створювати молекули».
Як стипендіат Klarman, Конг також працює над видаленням з навколишнього середовища нітратів, поширеного добрива, яке токсично просочується у водні шляхи, та перетворенням їх на більш нешкідливі речовини, сказав він.
Конг експериментував з використанням металів, що містяться в землі, таких як алюміній та олово, як каталізаторів. Ці метали дешеві, нетоксичні та поширені в земній корі, тому їх використання не створюватиме проблем із сталим розвитком, сказав він.
«Ми також працюємо над тим, як створювати каталізатори, де два метали взаємодіють один з одним», — сказав Конг. «Які реакції та цікаві хімічні процеси ми можемо отримати з біметалевих систем, використовуючи два метали в одному каркасі?»
Ліси – це хімічне середовище, яке утримує ці метали, – вони мають вирішальне значення для розкриття потенціалу цих металів для виконання їхньої функції, так само, як вам потрібен правильний одяг для відповідної погоди, сказав Конг.
Протягом останніх 70 років стандартом було використання одного металевого центру для досягнення хімічних переходів, але приблизно в останнє десятиліття хіміки в цій галузі почали досліджувати об'єднання двох металів, або хімічно, або в безпосередній близькості. По-перше, каже Конг, «це дає більше ступенів свободи».
Ці біметалеві каталізатори дають хімікам можливість комбінувати металеві каталізатори на основі їхніх сильних та слабких сторін, каже Конг. Наприклад, металевий центр, який погано зв'язується з підкладками, але добре розриває зв'язки, може працювати з іншим металевим центром, який погано розриває зв'язки, але добре зв'язується з підкладками. Присутність другого металу також впливає на властивості першого металу.
«Ви можете почати отримувати те, що ми називаємо синергетичним ефектом між двома металевими центрами», — сказав Конг. «Галузь біметалевого каталізу вже починає демонструвати справді унікальну та чудову реакційну здатність».
Конг сказав, що досі існує багато неясностей щодо того, як метали зв'язуються один з одним у молекулярних сполуках. Він був так само захоплений красою самої хімії, як і результатами. Конга запросили до Ланкастерських лабораторій за їхній досвід у рентгенівській спектроскопії.
«Це симбіоз», — сказав Ланкастер. «Рентгенівська спектроскопія допомогла Річарду зрозуміти, що відбувається за лаштунками, і що робить олово особливо реакційноздатним і здатним до цієї хімічної реакції. Ми скористалися його глибокими знаннями хімії основних груп, що відкрило для групи двері до нової галузі».
Все зводиться до базової хімії та досліджень, каже Конг, і такий підхід став можливим завдяки стипендії Open Klarman.
«У звичайний день я можу проводити реакції в лабораторії або сидіти за комп’ютером, моделюючи молекули», – сказав він. «Ми намагаємося отримати якомога повніше уявлення про хімічну активність».