Reaksi kimia terjadi di sekitar kita sepanjang waktu—hal yang wajar jika dipikirkan, tetapi berapa banyak dari kita yang melakukannya saat menghidupkan mobil, merebus telur, atau memupuk halaman rumput kita?
Pakar katalisis kimia, Richard Kong, telah memikirkan tentang reaksi kimia. Dalam pekerjaannya sebagai "penyetel profesional," seperti yang ia sebutkan, ia tidak hanya tertarik pada respons yang muncul dengan sendirinya, tetapi juga dalam mengidentifikasi respons baru.
Sebagai Klarman Fellow di bidang Kimia dan Biologi Kimia di Fakultas Seni dan Sains, Kong bekerja untuk mengembangkan katalis yang mendorong reaksi kimia menuju hasil yang diinginkan, menciptakan produk yang aman dan bahkan bernilai tambah, termasuk produk yang dapat berdampak positif pada kesehatan seseorang. Rabu.
“Sejumlah besar reaksi kimia terjadi tanpa bantuan,” kata Kong, merujuk pada pelepasan karbon dioksida ketika mobil membakar bahan bakar fosil. “Tetapi reaksi kimia yang lebih kompleks dan rumit tidak terjadi secara otomatis. Di sinilah katalisis kimia berperan.”
Kong dan rekan-rekannya mengembangkan katalis untuk mengarahkan reaksi yang mereka inginkan. Misalnya, karbon dioksida dapat diubah menjadi asam format, metanol, atau formaldehida dengan memilih katalis yang tepat dan bereksperimen dengan kondisi reaksi.
Menurut Kyle Lancaster, Profesor Kimia dan Biologi Kimia (A&S) dan moderator Kong, pendekatan Kong sangat sesuai dengan pendekatan "berbasis penemuan" dari laboratorium Lancaster. “Richard memiliki ide untuk menggunakan timah untuk meningkatkan kimia yang ia kembangkan, yang tidak pernah ada dalam rencana saya,” kata Lancaster. “Dia memiliki katalis yang dapat secara selektif mengubah karbon dioksida, yang banyak dibicarakan di media, menjadi sesuatu yang lebih berharga.”
Kong dan para kolaboratornya baru-baru ini menemukan sebuah sistem yang, dalam kondisi tertentu, dapat mengubah karbon dioksida menjadi asam format.
“Meskipun kami belum mencapai tingkat responsivitas terbaik, sistem kami sangat mudah disesuaikan,” kata Kong. “Dengan cara ini, kita dapat mulai memahami lebih dalam mengapa beberapa katalis bekerja lebih cepat daripada yang lain, mengapa beberapa katalis secara inheren lebih baik. Kita dapat mengubah parameter katalis dan mencoba memahami apa yang membuat hal-hal ini bekerja lebih cepat, karena semakin cepat mereka bekerja, semakin baik kinerja mereka, semakin cepat kita dapat menciptakan molekul.”
Sebagai Klarman Fellow, Kong juga berupaya menghilangkan nitrat, pupuk umum yang meresap secara beracun ke perairan, dari lingkungan dan mengubahnya menjadi zat yang lebih tidak berbahaya, katanya.
Kong bereksperimen dengan menggunakan logam yang ditemukan di dalam bumi, seperti aluminium dan timah, sebagai katalis. Logam-logam tersebut murah, tidak beracun, dan melimpah di kerak bumi, sehingga penggunaannya tidak akan menimbulkan masalah keberlanjutan, katanya.
“Kami juga sedang berupaya membuat katalis di mana dua logam berinteraksi satu sama lain,” kata Kong. “Dengan menggunakan dua logam dalam satu kerangka, reaksi dan proses kimia menarik apa yang dapat kita peroleh dari sistem bimetalik?”
Hutan adalah lingkungan kimia yang menyimpan logam-logam ini – hutan sangat penting untuk membuka potensi logam-logam ini agar dapat menjalankan fungsinya, sama seperti Anda membutuhkan pakaian yang tepat untuk cuaca yang tepat, kata Kong.
Selama 70 tahun terakhir, standar yang digunakan adalah memanfaatkan satu pusat logam untuk mencapai transisi kimia, tetapi dalam dekade terakhir ini, para ahli kimia di bidang ini mulai menyelidiki penggabungan dua logam, baik secara kimia maupun dalam jarak yang dekat. Pertama, kata Kong, “Ini memberi Anda lebih banyak derajat kebebasan.”
Kong mengatakan, katalis bimetalik ini memberi para ahli kimia kemampuan untuk menggabungkan katalis logam berdasarkan kekuatan dan kelemahannya. Misalnya, pusat logam yang berikatan buruk dengan substrat tetapi memutus ikatan dengan baik dapat bekerja dengan pusat logam lain yang memutus ikatan dengan buruk tetapi berikatan baik dengan substrat. Kehadiran logam kedua juga memengaruhi sifat-sifat logam pertama.
“Anda bisa mulai mendapatkan apa yang kita sebut efek sinergis antara dua pusat logam,” kata Kong. “Bidang katalisis bimetalik sudah mulai menunjukkan beberapa reaktivitas yang benar-benar unik dan luar biasa.”
Kong mengatakan masih banyak ambiguitas tentang bagaimana logam berikatan satu sama lain dalam senyawa molekuler. Ia sama antusiasnya dengan keindahan kimia itu sendiri seperti halnya dengan hasilnya. Kong dibawa ke Laboratorium Lancaster karena keahlian mereka dalam spektroskopi sinar-X.
“Ini adalah simbiosis,” kata Lancaster. “Spektroskopi sinar-X membantu Richard memahami apa yang terjadi di balik layar dan apa yang membuat timah sangat reaktif dan mampu melakukan reaksi kimia ini. Kami mendapat manfaat dari pengetahuannya yang luas tentang kimia kelompok utama, yang membuka pintu bagi kelompok kami ke bidang baru.”
Semuanya bermuara pada kimia dasar dan penelitian, kata Kong, dan pendekatan ini dimungkinkan berkat beasiswa Open Klarman.
“Pada hari biasa, saya dapat menjalankan reaksi di laboratorium atau duduk di depan komputer mensimulasikan molekul,” katanya. “Kami mencoba mendapatkan gambaran aktivitas kimia selengkap mungkin.”