Хімічныя рэакцыі адбываюцца вакол нас пастаянна — гэта відавочна, калі падумаць, але колькі з нас робяць гэта, калі заводзяць машыну, вараць яйка або ўгнойваюць газон?
Эксперт па хімічным каталізе Рычард Конг разважаў пра хімічныя рэакцыі. У сваёй працы «прафесійнага настройшчыка», як ён сам кажа, ён цікавіцца не толькі рэакцыямі, якія ўзнікаюць самі па сабе, але і выяўленнем новых рэакцый.
Як стыпендыят Клармана па хіміі і хімічнай біялогіі ў Каледжы мастацтваў і навук, Конг працуе над распрацоўкай каталізатараў, якія прыводзяць хімічныя рэакцыі да жаданых вынікаў, ствараючы бяспечныя і нават карысныя прадукты, у тым ліку тыя, якія могуць станоўча ўплываць на здароўе чалавека. Серада.
«Значная колькасць хімічных рэакцый адбываецца самастойна», — сказаў Конг, маючы на ​​ўвазе выкід вуглякіслага газу пры спальванні выкапнёвага паліва ў аўтамабілях. «Але больш складаныя хімічныя рэакцыі не адбываюцца аўтаматычна. Вось тут і ўступае ў гульню хімічны каталіз».
Конг і яго калегі распрацавалі каталізатары для кіравання патрэбнымі рэакцыямі. Напрыклад, вуглякіслы газ можна пераўтварыць у мурашыную кіслату, метанол або фармальдэгід, выбраўшы правільны каталізатар і паэксперыментаваўшы з умовамі рэакцыі.
Паводле слоў Кайла Ланкастэра, прафесара хіміі і хімічнай біялогіі (A&S) і мадэратара Конга, падыход Конга добра ўпісваецца ў «арыентаваны на адкрыцці» падыход лабараторыі Ланкастэра. «У Рычарда была ідэя выкарыстаць волава для паляпшэння сваёй хіміі, чаго я ніколі не планаваў», — сказаў Ланкастэр. «У яго ёсць каталізатар, які можа выбарачна пераўтвараць вуглякіслы газ, пра які шмат гаворыцца ў прэсе, у нешта больш каштоўнае».
Конг і яго калегі нядаўна адкрылі сістэму, якая пры пэўных умовах можа пераўтвараць вуглякіслы газ у мурашыную кіслату.
«Нягледзячы на ​​тое, што мы яшчэ не дасягнулі найвышэйшага ўзроўню хуткасці рэагавання, наша сістэма мае высокі ўзровень наладжвання», — сказаў Конг. «Такім чынам, мы можам пачаць глыбей разумець, чаму некаторыя каталізатары працуюць хутчэй за іншыя, чаму некаторыя каталізатары па сваёй сутнасці лепшыя. Мы можам змяняць параметры каталізатараў і спрабаваць зразумець, што прымушае гэтыя рэчы працаваць хутчэй, таму што чым хутчэй яны працуюць, тым лепш яны працуюць, тым хутчэй можна ствараць малекулы».
Як стыпендыят Klarman, Конг таксама працуе над выдаленнем з навакольнага асяроддзя нітратаў — распаўсюджаных угнаенняў, якія таксічна прасочваюцца ў водныя шляхі, — і пераўтварэннем іх у больш бясшкодныя рэчывы, сказаў ён.
Конг эксперыментаваў з выкарыстаннем металаў, якія змяшчаюцца ў зямлі, такіх як алюміній і волава, у якасці каталізатараў. Паводле яго слоў, гэтыя металы танныя, нетаксічныя і распаўсюджаныя ў зямной кары, таму іх выкарыстанне не створыць праблем з устойлівым развіццём.
«Мы таксама працуем над тым, як ствараць каталізатары, у якіх два металы ўзаемадзейнічаюць адзін з адным», — сказаў Конг. «Якія рэакцыі і цікавыя хімічныя працэсы мы можам атрымаць з біметалічных сістэм, выкарыстоўваючы два металы ў адным каркасе?»
Лясы — гэта хімічнае асяроддзе, якое ўтрымлівае гэтыя металы, — яны маюць вырашальнае значэнне для раскрыцця патэнцыялу гэтых металаў для выканання сваёй функцыі, гэтак жа, як вам патрэбна правільная вопратка для патрэбнага надвор'я, сказаў Конг.
На працягу апошніх 70 гадоў стандартам было выкарыстанне аднаго металічнага цэнтра для дасягнення хімічных пераходаў, але ў апошняе дзесяцігоддзе хімікі ў гэтай галіне пачалі даследаваць аб'яднанне двух металаў, альбо хімічна, альбо ў непасрэднай блізкасці. Па-першае, кажа Конг, «гэта дае больш ступеней свабоды».
Гэтыя біметалічныя каталізатары даюць хімікам магчымасць камбінаваць металічныя каталізатары ў залежнасці ад іх моцных і слабых бакоў, кажа Конг. Напрыклад, металічны цэнтр, які дрэнна звязваецца з падкладкамі, але добра разрывае сувязі, можа працаваць з іншым металічным цэнтрам, які дрэнна разрывае сувязі, але добра звязваецца з падкладкамі. Прысутнасць другога металу таксама ўплывае на ўласцівасці першага металу.
«Вы можаце пачаць атрымліваць тое, што мы называем сінергічным эфектам паміж двума металічнымі цэнтрамі», — сказаў Конг. «Галіна біметалічнага каталізу ўжо пачынае дэманстраваць сапраўды ўнікальную і цудоўную рэакцыйную здольнасць».
Конг сказаў, што дагэтуль застаецца шмат незразумелых звестак пра тое, як металы злучаюцца адзін з адным у малекулярных злучэннях. Ён быў гэтак жа ўражаны прыгажосцю самога хімічнага працэсу, як і вынікамі. Конга прывезлі ў Ланкастэрскія лабараторыі за іх вопыт у рэнтгенаўскай спектраскапіі.
«Гэта сімбіёз», — сказаў Ланкастэр. «Рэнтгенаўская спектраскапія дапамагла Рычарду зразумець, што адбываецца за кулісамі і што робіць волава асабліва рэактыўным і здольным да гэтай хімічнай рэакцыі. Мы скарысталіся яго шырокімі ведамі ў галіне хіміі асноўных груп, якія адкрылі для групы дзверы ў новую вобласць».
Усё зводзіцца да базавай хіміі і даследаванняў, кажа Конг, і такі падыход стаў магчымым дзякуючы стыпендыі Open Klarman.
«У звычайны дзень я магу праводзіць рэакцыі ў лабараторыі або сядзець за камп'ютарам, мадэлюючы малекулы», — сказаў ён. «Мы спрабуем атрымаць максімальна поўную карціну хімічнай актыўнасці».