As reaccións químicas ocorren ao noso redor todo o tempo; é obvio cando o pensas ben, pero cantos de nós o facemos cando arrancamos un coche, cocemos un ovo ou fertilizamos o noso céspede?
Richard Kong, experto en catálise química, leva tempo reflexionando sobre as reaccións químicas. No seu traballo como «afinador profesional», como el mesmo di, non só lle interesan as respostas que xorden por si soas, senón tamén identificar novas respostas.
Como bolseiro Klarman en Química e Bioloxía Química na Facultade de Artes e Ciencias, Kong traballa no desenvolvemento de catalizadores que impulsen as reaccións químicas aos resultados desexados, creando produtos seguros e mesmo de valor engadido, incluídos aqueles que poden ter un impacto positivo na saúde das persoas. mércores.
«Unha cantidade significativa de reaccións químicas teñen lugar sen axuda», dixo Kong, referíndose á liberación de dióxido de carbono cando os coches queiman combustibles fósiles. «Pero as reaccións químicas máis complexas non ocorren automaticamente. Aquí é onde entra en xogo a catálise química».
Kong e os seus colegas desenvolveron catalizadores para dirixir as reaccións que querían que ocorresen. Por exemplo, o dióxido de carbono pódese converter en ácido fórmico, metanol ou formaldehido escollendo o catalizador axeitado e experimentando coas condicións de reacción.
Segundo Kyle Lancaster, profesor de Química e Bioloxía Química (A&S) e moderador de Kong, o enfoque de Kong encaixa ben coa estratexia "orientada ao descubrimento" do laboratorio de Lancaster. "Richard tivo a idea de usar o estaño para mellorar a súa química, algo que nunca estivo no meu guión", dixo Lancaster. "Ten un catalizador que pode converter selectivamente o dióxido de carbono, do que se fala moito na prensa, en algo máis valioso".
Kong e os seus colaboradores descubriron recentemente un sistema que, baixo certas condicións, pode converter o dióxido de carbono en ácido fórmico.
«Aínda que aínda non estamos á vangarda da capacidade de resposta, o noso sistema é altamente personalizable», dixo Kong. «Deste xeito, podemos comezar a comprender máis profundamente por que algúns catalizadores funcionan máis rápido que outros, por que algúns catalizadores son inherentemente mellores. Podemos axustar os parámetros dos catalizadores e tentar comprender que fai que estas cousas funcionen máis rápido, porque canto máis rápido funcionen, mellor funcionan, máis rápido se poden crear moléculas».
Como bolseiro de Klarman, Kong tamén está a traballar para eliminar os nitratos, un fertilizante común que se filtra de forma tóxica nas vías fluviais, do medio ambiente e convertelos en substancias máis inofensivas, dixo.
Kong experimentou co uso de metais que se atopan na terra, como o aluminio e o estaño, como catalizadores. Os metais son baratos, non tóxicos e abundantes na codia terrestre, polo que o seu uso non supoñerá problemas de sustentabilidade, dixo.
«Tamén estamos a traballar en como fabricar catalizadores onde dous metais interactúen entre si», dixo Kong. «Ao usar dous metais nun mesmo marco, que reaccións e procesos químicos interesantes podemos obter a partir de sistemas bimetálicos?»
Os bosques son o ambiente químico que contén estes metais: son fundamentais para liberar o potencial destes metais para que fagan a súa función, do mesmo xeito que necesitas a roupa axeitada para o tempo axeitado, dixo Kong.
Durante os últimos 70 anos, o estándar foi usar un único centro metálico para lograr transicións químicas, pero na última década, aproximadamente, os químicos deste campo comezaron a investigar a unión de dous metais, xa sexa quimicamente ou en estreita proximidade. En primeiro lugar, di Kong, «dá máis graos de liberdade».
Estes catalizadores bimetálicos danlles aos químicos a capacidade de combinar catalizadores metálicos en función dos seus puntos fortes e débiles, di Kong. Por exemplo, un centro metálico que se une mal aos substratos pero rompe ben os enlaces pode funcionar con outro centro metálico que rompe mal os enlaces pero se une ben aos substratos. A presenza do segundo metal tamén afecta ás propiedades do primeiro metal.
«Pódese comezar a obter o que chamamos un efecto sinérxico entre os dous centros metálicos», dixo Kong. «O campo da catálise bimetálica xa está a comezar a mostrar unha reactividade realmente única e marabillosa».
Kong dixo que aínda hai moitas ambigüidades sobre como se unen os metais entre si nos compostos moleculares. Estaba tan entusiasmado coa beleza da propia química como cos resultados. Kong foi levado aos Laboratorios Lancaster pola súa experiencia en espectroscopia de raios X.
«É unha simbiose», dixo Lancaster. «A espectroscopia de raios X axudou a Richard a comprender o que estaba a suceder entre bastidores e o que fai que o estaño sexa particularmente reactivo e capaz desta reacción química. Beneficiámonos do seu amplo coñecemento da química dos grupos principais, o que abriu a porta ao grupo a unha nova área».
Todo se reduce á química básica e á investigación, di Kong, e esta estratexia é posible grazas a unha bolsa Open Klarman.
«Nun día normal, podo executar reaccións no laboratorio ou sentarme diante dun ordenador simulando moléculas», dixo. «Estamos a tentar obter unha imaxe o máis completa posible da actividade química».