Kemiaj reakcioj okazas ĉirkaŭ ni ĉiam — evidente kiam oni pripensas ĝin, sed kiom da ni faras tion kiam ni startas aŭton, boligas ovon aŭ sterkas nian gazonon?
Richard Kong, fakulo pri kemia katalizo, pripensis kemiajn reakciojn. En sia laboro kiel "profesia agordisto", kiel li mem diras, li ne nur interesiĝas pri respondoj, kiuj ekestas memstare, sed ankaŭ pri identigo de novaj respondoj.
Kiel Klarman-ulo pri Kemio kaj Kemia Biologio ĉe la Kolegio de Artoj kaj Sciencoj, Kong laboras por disvolvi katalizilojn, kiuj pelas kemiajn reakciojn al dezirataj rezultoj, kreante sekurajn kaj eĉ valor-aldonitajn produktojn, inkluzive de tiuj, kiuj povas havi pozitivan efikon sur la sano de homoj. Merkredo.
“Signifa kvanto da kemiaj reakcioj okazas senhelpe,” diris Kong, aludante al la liberigo de karbondioksido kiam aŭtoj bruligas fosiliajn brulaĵojn. “Sed pli kaj pli kompleksaj kemiaj reakcioj ne okazas aŭtomate. Jen kie kemia katalizo ekvalidas.”
Kong kaj liaj kolegoj evoluigis katalizilojn por direkti la reakciojn, kiujn ili volis okazi. Ekzemple, karbondioksido povas esti konvertita al formika acido, metanolo aŭ formaldehido elektante la ĝustan katalizilon kaj eksperimentante kun reakciaj kondiĉoj.
Laŭ Kyle Lancaster, Profesoro pri Kemio kaj Kemia Biologio (A&S) kaj la moderiganto de Kong, la aliro de Kong bone kongruas kun la "malkovro-movita" aliro de la laboratorio de Lancaster. "Richard havis la ideon uzi stanon por plibonigi sian kemion, kio neniam estis en mia planita plano," diris Lancaster. "Li havas katalizilon, kiu povas selekteme konverti karbondioksidon, pri kiu oni multe parolas en la gazetaro, en ion pli valoran."
Kong kaj liaj kunlaborantoj antaŭ nelonge malkovris sistemon, kiu, sub certaj kondiĉoj, povas konverti karbondioksidon en formikan acidon.
“Kvankam ni ankoraŭ ne estas la plej modernaj rilate al respondemo, nia sistemo estas tre personigebla,” diris Kong. “Tiel ni povas komenci pli profunde kompreni kial iuj kataliziloj funkcias pli rapide ol aliaj, kial iuj kataliziloj estas esence pli bonaj. Ni povas agordi la parametrojn de la kataliziloj kaj provi kompreni kio igas ĉi tiujn aferojn funkcii pli rapide, ĉar ju pli rapide ili funkcias, des pli bone ili funkcias, des pli rapide oni povas krei molekulojn.”
Kiel Klarman-ulo, Kong ankaŭ laboras por forigi nitratojn, oftan sterkon kiu tokse eniras akvovojojn, el la medio kaj transformi ilin en pli sendanĝerajn substancojn, li diris.
Kong eksperimentis uzante metalojn trovitajn en la tero, kiel ekzemple aluminio kaj stano, kiel katalizilojn. La metaloj estas malmultekostaj, netoksaj kaj abundaj en la terkrusto, do ilia uzado ne kaŭzos problemojn pri daŭripovo, li diris.
“Ni ankaŭ laboras pri kiel fari katalizilojn kie du metaloj interagas unu kun la alia,” diris Kong. “Per uzado de du metaloj en unu kadro, kiajn reakciojn kaj interesajn kemiajn procezojn ni povas akiri el bimetalaj sistemoj?”
Arbaroj estas la kemia medio, kiu tenas ĉi tiujn metalojn - ili estas kritikaj por malŝlosi la potencialon de ĉi tiuj metaloj por plenumi sian taskon, same kiel vi bezonas la ĝustajn vestaĵojn por la ĝusta vetero, diris Kong.
Dum la pasintaj 70 jaroj, la normo estis uzi ununuran metalan centron por atingi kemiajn transirojn, sed en la lasta jardeko aŭ pli, kemiistoj en la kampo komencis esplori la kuniĝon de du metaloj, ĉu kemie aŭ proksime. Unue, diras Kong, "Ĝi donas al vi pli da gradoj da libereco."
Ĉi tiuj bimetalaj kataliziloj donas al kemiistoj la kapablon kombini metalajn katalizilojn surbaze de iliaj fortoj kaj malfortoj, diras Kong. Ekzemple, metala centro, kiu malbone ligiĝas al substratoj sed bone rompas ligojn, povas funkcii kun alia metala centro, kiu malbone rompas ligojn sed bone ligiĝas al substratoj. La ĉeesto de la dua metalo ankaŭ influas la ecojn de la unua metalo.
„Vi povas komenci senti tion, kion ni nomas sinergia efiko inter la du metalaj centroj,“ diris Kong. „La kampo de bimetala katalizo jam komencas montri iom da vere unika kaj mirinda reaktiveco.“
Kong diris, ke ankoraŭ ekzistas multaj malklarecoj pri kiel metaloj ligiĝas unu al la alia en molekulaj kombinaĵoj. Li estis same ekscitita de la beleco de la kemio mem kiel de la rezultoj. Kong estis alportita al Lancaster Laboratories pro ilia sperto en rentgen-spektroskopio.
“Ĝi estas simbiozo,” diris Lancaster. “Intgen-spektroskopio helpis Richard kompreni kio okazis malantaŭ la scenoj kaj kio faras stanon aparte reaktiva kaj kapabla je ĉi tiu kemia reakcio. Ni profitis de lia ampleksa scio pri la kemio de ĉefgrupoj, kiu malfermis la pordon por la grupo al nova kampo.”
Ĉio dependas de baza kemio kaj esplorado, diras Kong, kaj ĉi tiu aliro eblas per stipendio de Open Klarman.
“En tipa tago, mi povas efektivigi reakciojn en la laboratorio aŭ sidi ĉe komputilo simulante molekulojn,” li diris. “Ni provas akiri kiel eble plej kompletan bildon de kemia aktiveco.”