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 звукорежисера», як він сам себе називає, його цікавлять не лише реакції, що виникають у нього самого, а й провокування нових.
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 каталізатор для керування потрібною реакцією, і це сталося. Наприклад, вуглекислий газ можна перетворити на мурашину кислоту, метанол або формальдегід, вибравши правильний каталізатор та експериментуючи з умовами реакції.
Підхід Конга добре вписується в підхід Ланкастера, «орієнтований на відкриття», сказав Кайл Ланкастер, професор хімії та хімічної біології (A&S) та викладач Конга. «У Річарда виникла ідея використовувати олово для покращення своєї хімії, чого я ніколи не планував», – сказав Ланкастер. «Це каталізатор для вибіркового перетворення вуглекислого газу на щось цінніше, а вуглекислий газ отримує багато негативної критики».
Конг та його колеги нещодавно відкрили систему, яка за певних умов може перетворювати вуглекислий газ на мурашину кислоту.
«Хоча ми наразі не наблизилися до найсучаснішого рівня реактивності, наша система має високі можливості налаштування», — сказав Конг. «Тож 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 — ви можете створювати молекули швидше».
Як стипендіат Klarman, Конг також працює над перетворенням нітратів, поширених отрут, що просочуються у водні шляхи, з навколишнього середовища на нешкідливу речовину, каже він.
Конг експериментував із поширеними земними металами, такими як алюміній та олово, як каталізаторами. Ці метали дешеві, нетоксичні та поширені в земній корі, тому їх використання не створюватиме проблем із сталим розвитком, сказав він.
«Ми також з’ясовуємо, як створювати каталізатори, де два з цих металів взаємодіють один з одним», – сказав Конг. «Використовуючи два метали в каркасі, які реакції та цікаві питання ми можемо отримати з біметалевих систем?» «Хімічна реакція?»
За словами Конга, риштування – це хімічне середовище, в якому знаходяться ці метали.
Протягом останніх 70 років нормою було використання одного металевого центру для досягнення хімічних перетворень, але приблизно в останнє десятиліття хіміки в цій галузі почали досліджувати синергетичні взаємодії між двома хімічно зв'язаними або суміжними металами. Конг сказав: «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 підкладкою, але добре розриває зв'язки, може працювати з іншим металевим центром, який погано розриває зв'язки, але добре зв'язується з підкладкою. 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. «У галузі біметалевого каталізу починають з’являтися справді унікальні та чудові реакції».
Конг сказав, що досі існує багато невизначеності щодо того, як метали зв'язуються один з одним у молекулярних формах. Він був так само захоплений красою самої хімії, як і результатами. Конга запросили до лабораторії Ланкастера для вивчення рентгенівської спектроскопії.
«Це симбіоз», — сказав Ланкастер. «Рентгенівська спектроскопія допомогла Річарду зрозуміти, що знаходиться «під капотом» і що робить олово особливо реакційноздатним і здатним до цієї хімічної реакції. Ми маємо користь від його великих знань хімії основних груп, які відкрили для нас нову галузь».
Все зводиться до базової хімії та досліджень, підходу, який став можливим завдяки Відкритому стипендіату Клармана, сказав Конг.
«Зазвичай я можу провести реакцію в лабораторії або сидіти за комп’ютером, моделюючи молекулу», – сказав він. «Ми намагаємося отримати якомога повніше уявлення про хімічну активність».