Kémiai reakciók zajlanak körülöttünk folyamatosan – nyilvánvaló, ha belegondolunk, de vajon hányan tesszük ezt, amikor beindítjuk az autót, megfőzzük a tojást, vagy trágyázzuk a gyepet?
Richard Kong kémiai katalízis szakértő régóta gondolkodik a kémiai reakciókon. „Professzionális hangolóként” végzett munkájában, ahogy ő fogalmaz, nemcsak az önmagukban felmerülő válaszok érdeklik, hanem az új válaszok azonosítása is.
A Bölcsészettudományi Kar Kémia és Kémiai Biológia szakos Klarman ösztöndíjasaként Kong olyan katalizátorok fejlesztésén dolgozik, amelyek a kémiai reakciókat a kívánt eredményekhez vezetik, biztonságos, sőt hozzáadott értékű termékeket hozva létre, beleértve azokat is, amelyek pozitív hatással lehetnek az emberi egészségre. Szerda.
„Jelentős mennyiségű kémiai reakció megy végbe segítség nélkül” – mondta Kong, utalva a szén-dioxid kibocsátására, amikor az autók fosszilis tüzelőanyagokat égetnek el. „De a bonyolultabb és összetettebb kémiai reakciók nem mennek végbe automatikusan. Itt jön képbe a kémiai katalízis.”
Kong és kollégái katalizátorokat fejlesztettek ki a kívánt reakciók irányítására. Például a szén-dioxid hangyasavvá, metanollá vagy formaldehiddé alakítható a megfelelő katalizátor kiválasztásával és a reakciókörülményekkel való kísérletezéssel.
Kyle Lancaster, a kémia és kémiai biológia professzora (A&S) és Kong moderátora szerint Kong megközelítése jól illeszkedik Lancaster laboratóriumának „felfedezésvezérelt” megközelítéséhez. „Richardnak az az ötlete támadt, hogy ónt használ a kémia fejlesztésére, ami soha nem szerepelt a forgatókönyvemben” – mondta Lancaster. „Rendelkezik egy katalizátorral, amely szelektíven képes átalakítani a szén-dioxidot, amiről sokat beszélnek a sajtóban, valami értékesebbé.”
Kong és munkatársai nemrégiben felfedeztek egy olyan rendszert, amely bizonyos körülmények között képes a szén-dioxidot hangyasavvá alakítani.
„Bár a reagálóképesség terén még nem vagyunk a legmodernebbek, a rendszerünk nagymértékben testreszabható” – mondta Kong. „Így mélyebben megérthetjük, miért működnek egyes katalizátorok gyorsabban, mint mások, miért eredendően jobbak egyes katalizátorok. Módosíthatjuk a katalizátorok paramétereit, és megpróbálhatjuk megérteni, mi teszi ezeket a dolgokat gyorsabbá, mert minél gyorsabban működnek, annál jobban működnek, annál gyorsabban lehet molekulákat létrehozni.”
Klarman-ösztöndíjasként Kong azon is dolgozik, hogy eltávolítsa a nitrátokat, egy gyakori műtrágyát, amely mérgezően szivárog a vízi utakba, a környezetből, és ártalmatlanabb anyagokká alakítsa azokat – mondta.
Kong kísérletezett a földben található fémek, például az alumínium és az ón katalizátorként való használatával. A fémek olcsók, nem mérgezőek és bőségesen előfordulnak a földkéregben, így használatuk nem jelent fenntarthatósági problémákat – mondta.
„Azt is vizsgáljuk, hogyan lehet olyan katalizátorokat előállítani, amelyekben két fém kölcsönhatásba lép egymással” – mondta Kong. „Két fém egy keretben történő felhasználásával milyen reakciókat és érdekes kémiai folyamatokat érhetünk el a bimetálos rendszerekben?”
Az erdők azok a kémiai környezetek, amelyek ezeket a fémeket tárolják – kritikus fontosságúak ahhoz, hogy kibontakoztassák e fémek potenciálját, és elvégezhessék a feladatukat, ahogyan a megfelelő ruházatra is szükség van a megfelelő időjáráshoz – mondta Kong.
Az elmúlt 70 évben a kémiai átmenetek eléréséhez egyetlen fémcentrumot alkalmaztak, de az elmúlt évtizedben a vegyészek elkezdték vizsgálni két fém egyesülését, akár kémiailag, akár egymáshoz közel. Először is, mondja Kong, „ez nagyobb szabadsági fokot biztosít”.
Kong szerint ezek a bimetál katalizátorok lehetővé teszik a vegyészek számára, hogy a fémkatalizátorokat erősségeik és gyengeségeik alapján kombinálják. Például egy olyan fémcentrum, amely rosszul kötődik az aljzatokhoz, de jól bontja a kötéseket, működhet egy másik fémcentrummal, amely rosszul bontja a kötéseket, de jól kötődik az aljzatokhoz. A második fém jelenléte az első fém tulajdonságait is befolyásolja.
„Elkezdhetjük felfedezni az úgynevezett szinergikus hatást a két fémközpont között” – mondta Kong. „A bimetál katalízis területe már most is kezd igazán egyedi és csodálatos reakcióképességet mutatni.”
Kong szerint még mindig sok a kétértelműség azzal kapcsolatban, hogyan kötődnek a fémek egymáshoz a molekuláris vegyületekben. Ugyanolyan izgalommal töltötte el magát a kémia szépsége, mint az eredmények. Kongot a Lancaster Laboratories röntgenspektroszkópiában szerzett szakértelmük miatt hívták a kutatókhoz.
„Ez egy szimbiózis” – mondta Lancaster. „A röntgenspektroszkópia segített Richardnak megérteni, mi történik a színfalak mögött, és mi teszi az ónt különösen reaktívvá és képessé erre a kémiai reakcióra. Hasznot tudtunk meríteni a főbb kémiai csoportok széleskörű ismereteiből, amelyek új területeket nyitottak meg a csoport számára.”
Kong szerint minden az alapvető kémián és a kutatáson múlik, ezt a megközelítést pedig egy Open Klarman ösztöndíj teszi lehetővé.
„Egy átlagos napon lefuttathatok reakciókat a laborban, vagy egy számítógép előtt ülve molekulákat szimulálok” – mondta. „Megpróbálunk a lehető legteljesebb képet kapni a kémiai aktivitásról.”