Tindak balas kimia berlaku di sekeliling kita sepanjang masa—jelas apabila anda memikirkannya, tetapi berapa ramai antara kita yang melakukannya apabila kita menghidupkan kereta, merebus telur, atau menyuburkan rumput kita?
Pakar pemangkinan kimia Richard Kong telah banyak memikirkan tentang tindak balas kimia. Dalam karyanya sebagai "jurutera bunyi profesional", seperti yang beliau sendiri katakan, beliau bukan sahaja berminat dengan tindak balas yang timbul dalam dirinya, tetapi juga dalam mencetuskan tindak balas baharu.
Sebagai Felo Klarman dalam Kimia dan Biologi Kimia di Kolej Sastera dan Sains, Kong berusaha untuk membangunkan pemangkin yang memacu tindak balas kimia kepada hasil yang diingini, menghasilkan produk yang selamat dan bernilai tambah, termasuk produk yang boleh memberi impak positif kepada kesihatan manusia. Rabu.
“Sejumlah besar tindak balas kimia berlaku tanpa bantuan,” kata Kong, merujuk kepada pembebasan karbon dioksida apabila kereta membakar bahan api fosil. “Tetapi tindak balas kimia yang lebih kompleks dan kompleks tidak berlaku secara automatik. Di sinilah pemangkinan kimia memainkan peranan.”
Kong dan rakan-rakannya mereka bentuk mangkin untuk mengarahkan tindak balas yang mereka inginkan, dan ia telah berlaku. Contohnya, karbon dioksida boleh ditukar kepada asid formik, metanol atau formaldehid dengan memilih mangkin yang betul dan bereksperimen dengan keadaan tindak balas.
Pendekatan Kong sangat sesuai dengan pendekatan "berasaskan penemuan" Lancaster, kata Kyle Lancaster, profesor kimia dan biologi kimia (A&S) dan fakulti Kong. "Richard mempunyai idea untuk menggunakan timah bagi meningkatkan kimianya, yang tidak pernah ada dalam skrip saya," kata Lancaster. "Ia merupakan pemangkin untuk penukaran karbon dioksida secara selektif kepada sesuatu yang lebih berharga, dan karbon dioksida mendapat banyak kritikan buruk."
Kong dan rakan-rakannya baru-baru ini menemui satu sistem yang, dalam keadaan tertentu, boleh menukar karbon dioksida menjadi asid formik.
“Walaupun pada masa ini kita belum mencapai kereaktifan yang canggih, sistem kita sangat boleh dikonfigurasikan,” kata Kong. “Jadi kita boleh mula memahami dengan lebih mendalam mengapa sesetengah pemangkin berfungsi lebih pantas daripada yang lain, mengapa sesetengah pemangkin secara semula jadi lebih baik. Kita boleh mengubah suai parameter pemangkin dan cuba memahami apa yang menjadikan benda-benda ini berfungsi lebih pantas, kerana lebih pantas ia berfungsi, lebih baik – anda boleh mencipta molekul dengan lebih pantas.”
Sebagai Felo Klarman, Kong juga sedang berusaha untuk menukar nitrat, racun biasa yang meresap ke dalam saluran air, dari alam sekitar menjadi bahan yang tidak berbahaya, katanya.
Kong telah bereksperimen dengan logam tanah biasa seperti aluminium dan timah sebagai pemangkin. Logam-logam tersebut murah, tidak toksik dan banyak terdapat di kerak bumi, jadi penggunaannya tidak akan menimbulkan isu kemampanan, katanya.
“Kami juga sedang memikirkan cara untuk menghasilkan mangkin di mana dua logam ini berinteraksi antara satu sama lain,” kata Kong. “Dengan menggunakan dua logam dalam rangka kerja ini, apakah jenis tindak balas dan soalan menarik yang boleh kami peroleh daripada sistem bimetalik?” “tindak balas kimia?”
Menurut Kong, perancah ialah persekitaran kimia tempat logam-logam ini berada.
Selama 70 tahun yang lalu, kebiasaannya adalah menggunakan satu pusat logam untuk mencapai transformasi kimia, tetapi dalam dekad yang lalu atau lebih, ahli kimia dalam bidang ini telah mula meneroka interaksi sinergi antara dua logam yang terikat secara kimia atau bersebelahan. , Kong berkata, "Ia memberi anda lebih banyak darjah kebebasan."
Mangkin bimetalik ini memberikan ahli kimia keupayaan untuk menggabungkan mangkin logam berdasarkan kekuatan dan kelemahannya, kata Kong. Contohnya, pusat logam yang terikat dengan lemah pada substrat tetapi memutuskan ikatan dengan baik boleh berfungsi dengan pusat logam lain yang memutuskan ikatan dengan lemah tetapi terikat dengan baik pada substrat. Kehadiran logam kedua juga mempengaruhi sifat logam pertama.
"Anda boleh mula mendapat apa yang kami panggil kesan sinergi antara dua pusat logam," kata Kong. "Beberapa tindak balas yang sangat unik dan hebat mula muncul dalam bidang pemangkinan bimetal."
Kong berkata masih terdapat banyak ketidakpastian tentang bagaimana logam mengikat antara satu sama lain dalam bentuk molekul. Dia teruja dengan keindahan kimia itu sendiri sepertimana dia teruja dengan hasilnya. Kong dibawa ke makmal Lancaster untuk kepakaran mereka dalam spektroskopi sinar-X.
“Ia satu simbiosis,” kata Lancaster. “Spektroskopi sinar-X membantu Richard memahami apa yang ada di sebalik hud dan apa yang menjadikan timah sangat reaktif dan mampu melakukan tindak balas kimia ini. Kami mendapat manfaat daripada pengetahuannya yang luas tentang kimia kumpulan utama, yang telah berkembang dalam bidang baharu.”
Semuanya bergantung kepada kimia asas dan penyelidikan, satu pendekatan yang dimungkinkan oleh Open Klarman Fellowship, kata Kong.
“Biasanya saya boleh menjalankan tindak balas di makmal atau duduk di hadapan komputer mensimulasikan molekul tersebut,” katanya. “Kami cuba mendapatkan gambaran lengkap tentang aktiviti kimia yang mungkin.”