Kimyasal reaksiyonlar her zaman, her yerde, etrafımızda gerçekleşiyor; düşündüğünüzde çok açık bir gerçek, ama bir arabayı çalıştırırken, yumurta haşlarken veya çimlerimizi gübrelerken kaçımız bu reaksiyonlara katılıyoruz?
Kimyasal kataliz uzmanı Richard Kong, kimyasal reaksiyonlar üzerine kafa yoruyor. Kendisinin de belirttiği gibi, "profesyonel ses mühendisi" olarak yaptığı işinde, yalnızca kendisinde ortaya çıkan reaksiyonlarla değil, aynı zamanda yeni reaksiyonlar başlatmakla da 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, istedikleri reaksiyonu yönlendirmek için bir katalizör tasarladılar ve bu gerçekleşti. Örneğin, doğru katalizörü seçerek ve reaksiyon koşullarıyla deneyler yaparak karbondioksit, formik aside, metanole veya formaldehite dönüştürülebilir.
Kimya ve kimyasal biyoloji (A&S) profesörü ve Kong'un profesörü 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. "Bu, karbondioksitin daha değerli bir şeye seçici olarak dönüştürülmesi için bir katalizör ve karbondioksit çok kötü bir üne sahip."
Kong ve çalışma arkadaşları yakın zamanda, belirli koşullar altında karbondioksiti formik aside dönüştürebilen bir sistem keşfettiler.
Kong, “Şu anda en gelişmiş reaktivite seviyesine yakın olmasak da, sistemimiz oldukça yapılandırılabilir,” dedi. “Bu sayede bazı katalizörlerin neden diğerlerinden daha hızlı çalıştığını, bazı katalizörlerin neden doğası gereği 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 iyidir – molekülleri daha hızlı üretebilirsiniz.”
Kong, Klarman Bursiyeri olarak, su yollarına zehirli bir şekilde sızan yaygın gübreler olan nitratları çevreden zararsız bir şeye dönüştürmek için de çalıştığını söylüyor.
Kong, katalizör olarak alüminyum ve kalay gibi yaygın yer altı metalleriyle deneyler yaptı. Bu metallerin ucuz, toksik olmayan ve yer kabuğunda bol miktarda bulunan metaller olduğunu, bu nedenle kullanımlarının sürdürülebilirlik sorunlarına yol açmayacağını söyledi.
Kong, "Ayrıca bu metallerden ikisinin birbiriyle etkileşime girdiği katalizörler nasıl üretebileceğimizi de araştırıyoruz," dedi. "Çerçevede iki metal kullanarak, bimetalik sistemlerden ne tür reaksiyonlar ve ilginç sorular elde edebiliriz?" "kimyasal reaksiyon mu?"
Kong'a göre iskele, bu metallerin bulunduğu kimyasal ortamdır.
Son 70 yıldır, kimyasal dönüşümleri gerçekleştirmek için tek bir metal merkezi kullanmak normdu, ancak son on yılda, bu alandaki kimyacılar, kimyasal olarak bağlı veya bitişik iki metal arasındaki sinerjik etkileşimleri keşfetmeye başladılar. Kong, "Bu size daha fazla serbestlik derecesi sağlıyor" dedi.
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 alanında gerçekten eşsiz ve harika bazı reaksiyonlar ortaya çıkmaya başlıyor."
Kong, metallerin moleküler formlarda birbirine nasıl bağlandığı konusunda hala çok fazla belirsizlik olduğunu söyledi. Hem kimyanın güzelliğinden hem de sonuçlardan aynı derecede heyecan duyduğunu belirtti. Kong, X-ışını spektroskopisi alanındaki uzmanlıkları nedeniyle Lancaster'ın laboratuvarına getirilmişti.
Lancaster, "Bu bir simbiyoz," dedi. "X-ışını spektroskopisi, Richard'ın kaputun altında ne olduğunu ve kalayın neden özellikle reaktif ve bu kimyasal reaksiyona yetenekli olduğunu anlamasına yardımcı oldu. Onun ana grup kimyası konusundaki kapsamlı bilgisinden faydalanıyoruz ve bu da yeni bir alanın kapılarını açtı."
Kong, her şeyin temel kimya ve araştırmaya dayandığını ve bu yaklaşımın Open Klarman Fellowship sayesinde mümkün olduğunu söyledi.
"Genellikle reaksiyonu laboratuvarda gerçekleştirebiliyorum veya bilgisayar başında molekülü simüle edebiliyorum," dedi. "Kimyasal aktivitenin olabildiğince eksiksiz bir resmini elde etmeye çalışıyoruz."