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 "teknisi suara profesional", seperti yang ia sebutkan sendiri, ia tertarik tidak hanya pada reaksi yang muncul dalam dirinya sendiri, tetapi juga dalam memicu reaksi-reaksi 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 merancang katalis untuk mengarahkan reaksi yang mereka inginkan, dan hal itu terjadi. Misalnya, karbon dioksida dapat diubah menjadi asam format, metanol, atau formaldehida dengan memilih katalis yang tepat dan bereksperimen dengan kondisi reaksi.
Pendekatan Kong sangat sesuai dengan pendekatan "berbasis penemuan" Lancaster, kata Kyle Lancaster, profesor kimia dan biologi kimia (A&S) dan dosen Kong. “Richard memiliki ide untuk menggunakan timah untuk meningkatkan kimia yang ia kembangkan, yang tidak pernah ada dalam rencana saya,” kata Lancaster. “Ini adalah katalis untuk konversi selektif karbon dioksida menjadi sesuatu yang lebih berharga, dan karbon dioksida seringkali mendapat citra buruk.”
Kong dan para kolaboratornya baru-baru ini menemukan sebuah sistem yang, dalam kondisi tertentu, dapat mengubah karbon dioksida menjadi asam format.
“Meskipun saat ini kita belum mendekati reaktivitas terkini, sistem kita sangat mudah dikonfigurasi,” kata Kong. “Jadi kita bisa 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 – kita dapat menciptakan molekul lebih cepat.”
Sebagai Klarman Fellow, Kong juga berupaya mengubah nitrat, racun umum yang meresap ke perairan, dari lingkungan menjadi zat yang tidak berbahaya, katanya.
Kong bereksperimen dengan logam-logam bumi umum 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 mencari cara untuk membuat katalis di mana dua logam ini berinteraksi satu sama lain,” kata Kong. “Dengan menggunakan dua logam dalam kerangka kerja, reaksi dan pertanyaan menarik apa yang dapat kita peroleh dari sistem bimetalik?” “reaksi kimia?”
Menurut Kong, perancah adalah lingkungan kimia tempat logam-logam ini berada.
Selama 70 tahun terakhir, norma yang berlaku adalah menggunakan satu pusat logam untuk mencapai transformasi kimia, tetapi dalam dekade terakhir ini, para ahli kimia di bidang ini mulai mengeksplorasi interaksi sinergis antara dua logam yang terikat secara kimia atau berdekatan. Kong mengatakan, “Ini memberi Anda lebih banyak kebebasan.”
Menurut Kong, katalis bimetalik ini memberi para ahli kimia kemampuan untuk menggabungkan katalis logam berdasarkan kekuatan dan kelemahannya. Misalnya, pusat logam yang mengikat substrat dengan buruk tetapi memutus ikatan dengan baik dapat bekerja dengan pusat logam lain yang memutus ikatan dengan buruk tetapi mengikat substrat dengan baik. 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. “Beberapa reaksi yang benar-benar unik dan menakjubkan mulai muncul di bidang katalisis bimetalik.”
Kong mengatakan masih banyak ketidakpastian tentang bagaimana logam berikatan satu sama lain dalam bentuk 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 ada di baliknya 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 telah membuka bidang baru.”
Semuanya bermuara pada kimia dasar dan penelitian, sebuah pendekatan yang dimungkinkan oleh Open Klarman Fellowship, kata Kong.
“Biasanya saya bisa menjalankan reaksi di laboratorium atau duduk di depan komputer mensimulasikan molekul tersebut,” katanya. “Kami mencoba mendapatkan gambaran aktivitas kimia selengkap mungkin.”