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 гукарэжысёра», як ён сам кажа, яго цікавяць не толькі рэакцыі, якія ўзнікаюць у яго самога, але і правакаванне новых.
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 каталізатар для накіравання патрэбнай рэакцыі, і гэта адбылося. 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 прафесара 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. «Гэта каталізатар для селектыўнага пераўтварэння вуглякіслага газу ў нешта больш каштоўнае, а вуглякіслы газ атрымлівае шмат негатыўнай прэсы».
Конг і яго калегі нядаўна адкрылі сістэму, якая пры пэўных умовах можа пераўтвараць вуглякіслы газ у мурашыную кіслату.
«Нягледзячы на ​​тое, што ў цяперашні час мы не набліжаемся да найноўшага ўзроўню рэактыўнасці, наша сістэма вельмі наладжвальная», — 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 наладзіць параметры каталізатараў і паспрабаваць зразумець, што прымушае гэтыя рэчы працаваць хутчэй, таму што чым хутчэй яны працуюць, тым лепш — вы можаце хутчэй ствараць малекулы».
Як стыпендыят Klarman, Конг таксама працуе над тым, каб пераўтварыць нітраты, распаўсюджаныя ўгнаенні, якія таксічна прасочваюцца ў водныя шляхі, з навакольнага асяроддзя ў нешта бясшкоднае, кажа ён.
Конг эксперыментаваў з распаўсюджанымі зямельнымі металамі, такімі 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 высвятляем, як ствараць каталізатары, дзе два з гэтых металаў узаемадзейнічаюць адзін з адным», — сказаў Конг. «Выкарыстоўваючы два металы ў каркасе, якія рэакцыі і цікавыя пытанні мы можам атрымаць з біметалічных сістэм?» «Хімічныя рэакцыі?»
Паводле слоў Конга, рыштаванні — гэта хімічнае асяроддзе, у якім знаходзяцца гэтыя металы.
На працягу апошніх 70 гадоў нормай было выкарыстанне аднаго металічнага цэнтра для дасягнення хімічных пераўтварэнняў, але ў апошняе дзесяцігоддзе ці каля таго хімікі ў гэтай галіне пачалі даследаваць сінергічныя ўзаемадзеянні паміж двума хімічна звязанымі або сумежнымі металамі. Конг сказаў: «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 субстратамі, але добра разрывае сувязі, можа працаваць з іншым металічным цэнтрам, які дрэнна разрывае сувязі, але добра звязваецца з субстратамі. Прысутнасць другога металу таксама ўплывае на ўласцівасці першага металу.
«Можна пачаць назіраць тое, што мы называем сінергічным эфектам паміж двума металічнымі цэнтрамі», — сказаў Конг. «У галіне біметалічнага каталізу пачынаюць з'яўляцца сапраўды ўнікальныя і цудоўныя рэакцыі».
Конг сказаў, што дагэтуль застаецца шмат нявызначанасцей адносна таго, як металы злучаюцца адзін з адным у малекулярных формах. Ён быў гэтак жа ўсхваляваны прыгажосцю самога хімічнага працэсу, як і вынікамі. Конга прывезлі ў лабараторыю Ланкастэра для вывучэння іх экспертызы ў рэнтгенаўскай спектраскапіі.
«Гэта сімбіёз», — сказаў Ланкастэр. «Рэнтгенаўская спектраскапія дапамагла Рычарду зразумець, што знаходзіцца пад капотам і што робіць волава асабліва рэактыўным і здольным да гэтай хімічнай рэакцыі. Мы карыстаемся яго шырокімі ведамі ў хіміі асноўных груп, якія адкрылі нам новую галіну».
Усё зводзіцца да базавай хіміі і даследаванняў, падыходу, які стаў магчымым дзякуючы адкрытай стыпендыі Клармана, сказаў Конг.
«Звычайна я магу правесці рэакцыю ў лабараторыі або сядзець за камп'ютарам, мадэлюючы малекулу», — сказаў ён. «Мы спрабуем атрымаць максімальна поўную карціну хімічнай актыўнасці».