Kimyasal reaksiyonlar her zaman, her yerde, etrafımızda gerçekleşiyor; düşündüğünüzde çok açık bir gerçek, ama bir arabayı çalıştırdığımızda, yumurta haşladığımızda veya çimlerimizi gübrelediğimizde kaçımız bu reaksiyonlara katılıyoruz?
Kimyasal kataliz uzmanı Richard Kong, kimyasal reaksiyonlar üzerine kafa yoruyor. Kendisinin de belirttiği gibi, "profesyonel bir düzenleyici" olarak yaptığı çalışmalarında, yalnızca kendiliğinden ortaya çıkan tepkilerle değil, aynı zamanda yeni tepkileri belirlemekle de ilgileniyor.
Fen ve Edebiyat Fakültesi'nde Kimya ve Kimyasal Biyoloji alanında Klarman Araştırma Görevlisi olan Kong, kimyasal reaksiyonları istenen sonuçlara yönlendiren katalizörler geliştirmek için çalışıyor ve bu sayede insan sağlığı üzerinde olumlu etki yaratabilecek güvenli ve hatta katma değerli ürünler ortaya çıkarıyor. Çarşamba.
Kong, araçların fosil yakıt yaktığında açığa çıkan karbondioksit örneğini vererek, "Kimyasal reaksiyonların önemli bir kısmı kendiliğinden gerçekleşir," dedi. "Ancak daha karmaşık kimyasal reaksiyonlar otomatik olarak gerçekleşmez. İşte burada kimyasal kataliz devreye giriyor."
Kong ve meslektaşları, gerçekleşmesini istedikleri reaksiyonları yönlendirmek için katalizörler geliştirdiler. Örneğin, doğru katalizörü seçip reaksiyon koşullarıyla deneyler yaparak karbondioksit, formik aside, metanole veya formaldehite dönüştürülebilir.
Kimya ve Kimyasal Biyoloji (A&S) Profesörü ve Kong'un moderatörü Kyle Lancaster'a göre, Kong'un yaklaşımı, Lancaster'ın laboratuvarının "keşif odaklı" yaklaşımıyla oldukça uyumlu. Lancaster, "Richard, kimyasını geliştirmek için kalay kullanma fikrine sahipti, bu benim senaryomda hiç yoktu," dedi. "Basında çokça konuşulan, karbondioksiti seçici olarak daha değerli bir şeye dönüştürebilen bir katalizörü var."
Kong ve çalışma arkadaşları yakın zamanda, belirli koşullar altında karbondioksiti formik aside dönüştürebilen bir sistem keşfettiler.
Kong, “Tepki verme konusunda henüz en son teknolojiye sahip olmasak da, sistemimiz oldukça özelleştirilebilir,” dedi. “Bu sayede, bazı katalizörlerin neden diğerlerinden daha hızlı çalıştığını, bazı katalizörlerin neden doğuştan daha iyi olduğunu daha derinlemesine anlamaya başlayabiliriz. Katalizörlerin parametrelerini ayarlayabilir ve bu şeylerin neden daha hızlı çalıştığını anlamaya çalışabiliriz, çünkü ne kadar hızlı çalışırlarsa o kadar iyi çalışırlar ve o kadar hızlı molekül üretebilirsiniz.”
Kong, Klarman Bursiyeri olarak, yaygın bir gübre olan ve zehirli bir şekilde su yollarına sızan nitratları çevreden uzaklaştırmak ve daha zararsız maddelere dönüştürmek için de çalıştığını söyledi.
Kong, alüminyum ve kalay gibi yeryüzünde bulunan metalleri katalizör olarak kullanmayı denedi. Bu metallerin ucuz, toksik olmayan ve yeryüzü kabuğunda bol miktarda bulunan maddeler olduğunu, bu nedenle kullanımlarının sürdürülebilirlik sorunlarına yol açmayacağını söyledi.
Kong, "Ayrıca iki metalin birbiriyle etkileşime girdiği katalizörler üretme üzerinde de çalışıyoruz," dedi. "Tek bir çerçevede iki metal kullanarak, bimetalik sistemlerden ne tür reaksiyonlar ve ilginç kimyasal süreçler elde edebiliriz?"
Kong, ormanların bu metalleri barındıran kimyasal ortam olduğunu ve tıpkı doğru hava için doğru kıyafetlere ihtiyaç duyulması gibi, bu metallerin potansiyellerini ortaya çıkararak görevlerini yerine getirmeleri için kritik öneme sahip olduklarını söyledi.
Son 70 yıldır, kimyasal geçişleri gerçekleştirmek için tek bir metal merkezi kullanmak standart kabul ediliyordu, ancak son on yılda bu alandaki kimyacılar, kimyasal olarak veya birbirine yakın konumda iki metalin birleşmesini araştırmaya başladılar. Kong'a göre bunun ilk nedeni, "size daha fazla serbestlik derecesi sağlıyor."
Kong'a göre, bu bimetalik katalizörler kimyagerlere metal katalizörleri güçlü ve zayıf yönlerine göre birleştirme olanağı sağlıyor. Örneğin, substratlara zayıf bağlanan ancak bağları iyi kıran bir metal merkezi, bağları zayıf kıran ancak substratlara iyi bağlanan başka bir metal merkeziyle birlikte çalışabilir. İkinci metalin varlığı, birinci metalin özelliklerini de etkiler.
Kong, "İki metal merkezi arasında sinerjik etki dediğimiz şeyi elde etmeye başlayabilirsiniz," dedi. "Bimetalik kataliz alanı şimdiden gerçekten eşsiz ve harika bir reaktivite göstermeye başladı."
Kong, metallerin moleküler bileşiklerde birbirine nasıl bağlandığı konusunda hala birçok belirsizlik olduğunu söyledi. Hem kimyanın güzelliğinden hem de sonuçlardan aynı derecede heyecan duyduğunu belirtti. Kong, X-ışını spektroskopisi alanındaki uzmanlıkları nedeniyle Lancaster Laboratuvarlarına getirilmişti.
Lancaster, “Bu bir simbiyoz,” dedi. “X-ışını spektroskopisi, Richard'ın perde arkasında neler olup bittiğini ve kalayın neden özellikle reaktif ve bu kimyasal reaksiyona yetenekli olduğunu anlamasına yardımcı oldu. Onun büyük grup kimyası konusundaki kapsamlı bilgisinden faydalandık ve bu da grubun yeni bir alana girmesine olanak sağladı.”
Kong'a göre her şey temel kimya ve araştırmaya dayanıyor ve bu yaklaşım Open Klarman bursu sayesinde mümkün oluyor.
"Tipik bir günde laboratuvarda reaksiyonlar yürütebilir veya bilgisayar başında molekülleri simüle edebilirim," dedi. "Kimyasal aktivitenin olabildiğince eksiksiz bir resmini elde etmeye çalışıyoruz."