आपल्या सभोवताली रासायनिक अभिक्रिया सतत घडत असतात—विचार केला तर हे उघड आहे, पण गाडी सुरू करताना, अंडे उकळताना किंवा बागेला खत घालताना आपल्यापैकी कितीजण हे करतात?
रासायनिक उत्प्रेरण तज्ञ रिचर्ड काँग हे रासायनिक अभिक्रियांबद्दल विचार करत आहेत. त्यांच्याच शब्दांत सांगायचे तर, एक "व्यावसायिक ट्यूनर" म्हणून, त्यांना केवळ आपोआप निर्माण होणाऱ्या प्रतिसादांमध्येच नव्हे, तर नवीन प्रतिसाद ओळखण्यातही रस आहे.
कला आणि विज्ञान महाविद्यालयात रसायनशास्त्र आणि रासायनिक जीवशास्त्र विषयातील क्लार्मन फेलो म्हणून, काँग रासायनिक अभिक्रिया अपेक्षित परिणामांपर्यंत पोहोचवण्यासाठी उत्प्रेरक विकसित करण्याचे काम करतात, ज्यामुळे सुरक्षित आणि मूल्यवर्धित उत्पादने तयार होतात, ज्यात मानवी आरोग्यावर सकारात्मक परिणाम करू शकणाऱ्या उत्पादनांचाही समावेश आहे. बुधवार.
"बहुतांश रासायनिक अभिक्रिया कोणत्याही मदतीशिवाय घडतात," जीवाश्म इंधन जाळणाऱ्या गाड्यांमधून बाहेर पडणाऱ्या कार्बन डायऑक्साइडचा संदर्भ देत काँग म्हणाले. "परंतु अधिकाधिक गुंतागुंतीच्या रासायनिक अभिक्रिया आपोआप घडत नाहीत. इथेच रासायनिक उत्प्रेरणाची भूमिका महत्त्वाची ठरते."
काँग आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी त्यांना हव्या असलेल्या अभिक्रिया घडवून आणण्यासाठी उत्प्रेरक विकसित केले. उदाहरणार्थ, योग्य उत्प्रेरक निवडून आणि अभिक्रियेच्या परिस्थितीमध्ये प्रयोग करून कार्बन डायऑक्साइडचे रूपांतर फॉर्मिक ॲसिड, मिथेनॉल किंवा फॉर्मल्डिहाइडमध्ये केले जाऊ शकते.
रसायनशास्त्र आणि रासायनिक जीवशास्त्र (A&S) विभागाचे प्राध्यापक आणि काँगचे मार्गदर्शक, काईल लँकेस्टर यांच्या मते, काँगचा दृष्टिकोन लँकेस्टरच्या प्रयोगशाळेच्या “शोध-केंद्रित” दृष्टिकोनाशी चांगला जुळतो. “आपल्या रसायनशास्त्रात सुधारणा करण्यासाठी कथिलाचा वापर करण्याची कल्पना रिचर्डला सुचली, जी माझ्या योजनेत कधीच नव्हती,” असे लँकेस्टर म्हणाले. “त्याच्याकडे एक असा उत्प्रेरक आहे जो निवडकपणे कार्बन डायऑक्साइडचे, ज्याबद्दल प्रसारमाध्यमांमध्ये खूप चर्चा होते, अधिक मौल्यवान पदार्थात रूपांतर करू शकतो.”
काँग आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अलीकडेच एक अशी प्रणाली शोधून काढली आहे, जी विशिष्ट परिस्थितीत कार्बन डायऑक्साइडचे फॉर्मिक अॅसिडमध्ये रूपांतर करू शकते.
"प्रतिसादाच्या बाबतीत आम्ही अजून अत्याधुनिक नसलो तरी, आमची प्रणाली अत्यंत सानुकूल करण्यायोग्य आहे," असे काँग म्हणाले. "यामुळे, काही उत्प्रेरक इतरांपेक्षा अधिक वेगाने का काम करतात, काही उत्प्रेरक मुळातच अधिक चांगले का असतात, हे आपण अधिक सखोलपणे समजून घेण्यास सुरुवात करू शकतो. आपण उत्प्रेरकांच्या मापदंडांमध्ये बदल करून या गोष्टी अधिक वेगाने का काम करतात हे समजून घेण्याचा प्रयत्न करू शकतो, कारण त्या जितक्या वेगाने काम करतात, तितक्या चांगल्या प्रकारे काम करतात आणि तितक्या वेगाने तुम्ही रेणू तयार करू शकता."
क्लार्मन फेलो म्हणून, काँग हे पर्यावरणातून नायट्रेट्स, जे एक सामान्य खत असून ते विषारीपणे जलमार्गांमध्ये झिरपते, काढून टाकण्याचे आणि त्याचे अधिक निरुपद्रवी पदार्थांमध्ये रूपांतर करण्याचे कामही करत आहेत, असे त्यांनी सांगितले.
काँग यांनी उत्प्रेरक म्हणून ॲल्युमिनियम आणि टिन यांसारख्या पृथ्वीत आढळणाऱ्या धातूंचा वापर करण्याचा प्रयोग केला. हे धातू स्वस्त, बिनविषारी आणि पृथ्वीच्या कवचात मुबलक प्रमाणात आढळतात, त्यामुळे त्यांचा वापर केल्याने शाश्वततेच्या समस्या निर्माण होणार नाहीत, असे ते म्हणाले.
"दोन धातू एकमेकांशी आंतरक्रिया करतील असे उत्प्रेरक कसे बनवायचे यावरही आम्ही काम करत आहोत," असे काँग म्हणाले. "एकाच चौकटीत दोन धातू वापरून, द्विधातू प्रणालींमधून आपल्याला कोणत्या अभिक्रिया आणि मनोरंजक रासायनिक प्रक्रिया मिळू शकतील?"
जंगले हे असे रासायनिक पर्यावरण आहे जे या धातूंना धारण करते – या धातूंना त्यांचे कार्य करण्यासाठी त्यांची क्षमता मुक्त करण्यासाठी ती महत्त्वपूर्ण आहेत, जसे योग्य हवामानासाठी योग्य कपड्यांची गरज असते, असे काँग म्हणाले.
गेल्या ७० वर्षांपासून, रासायनिक संक्रमण घडवून आणण्यासाठी एकाच धातू केंद्राचा वापर करणे ही एक मानक पद्धत राहिली आहे, परंतु गेल्या दशकात या क्षेत्रातील रसायनशास्त्रज्ञांनी दोन धातूंच्या संयोगाचा, मग तो रासायनिक असो किंवा एकमेकांच्या अगदी जवळ असो, अभ्यास करण्यास सुरुवात केली आहे. काँग म्हणतात, “पहिली गोष्ट म्हणजे, यामुळे तुम्हाला अधिक स्वातंत्र्य मिळते.”
काँग म्हणतात की, हे द्विमिश्रित उत्प्रेरक रसायनशास्त्रज्ञांना धातूंच्या उत्प्रेरकांना त्यांच्या सामर्थ्य आणि कमकुवतपणाच्या आधारावर एकत्र करण्याची क्षमता देतात. उदाहरणार्थ, एक धातू केंद्र जे सब्सट्रेट्सशी खराबपणे जोडले जाते परंतु बंध चांगल्या प्रकारे तोडते, ते दुसऱ्या धातू केंद्रासोबत काम करू शकते जे बंध खराबपणे तोडते परंतु सब्सट्रेट्सशी चांगल्या प्रकारे जोडले जाते. दुसऱ्या धातूच्या उपस्थितीचा पहिल्या धातूच्या गुणधर्मांवरही परिणाम होतो.
"दोन धातू केंद्रांमध्ये एक सहक्रियात्मक परिणाम दिसून येऊ लागतो," असे काँग म्हणाले. "द्विधातू उत्प्रेरणाचे क्षेत्र आधीच काही खरोखरच अद्वितीय आणि अद्भुत अभिक्रियाशीलता दाखवू लागले आहे."
काँग म्हणाले की, आण्विक संयुगांमध्ये धातू एकमेकांशी कसे जोडले जातात याबद्दल अजूनही अनेक अस्पष्टता आहेत. निकालांइतकाच त्यांना रसायनशास्त्राच्या सौंदर्यानेही उत्साह वाटत होता. एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपीमधील त्यांच्या तज्ञतेमुळे काँग यांना लँकेस्टर लॅबोरेटरीजमध्ये आणण्यात आले होते.
"हे एक सहजीवन आहे," लँकेस्टर म्हणाले. "एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपीमुळे रिचर्डला पडद्यामागे काय चालले आहे आणि कथील विशेषतः क्रियाशील व या रासायनिक अभिक्रियेसाठी सक्षम का आहे, हे समजण्यास मदत झाली. आम्हाला त्याच्या प्रमुख गट रसायनशास्त्राच्या सखोल ज्ञानाचा फायदा झाला, ज्यामुळे गटासाठी एका नवीन क्षेत्राचे दार उघडले."
हे सर्व मूलभूत रसायनशास्त्र आणि संशोधनावर अवलंबून आहे, असे काँग म्हणतात, आणि ओपन क्लार्मन शिष्यवृत्तीमुळे हा दृष्टिकोन शक्य झाला आहे.
"एखाद्या सामान्य दिवशी, मी प्रयोगशाळेत रासायनिक अभिक्रिया घडवून आणू शकतो किंवा संगणकावर बसून रेणूंचे सिम्युलेशन करू शकतो," तो म्हणाला. "आम्ही रासायनिक घडामोडींचे शक्य तितके परिपूर्ण चित्र मिळवण्याचा प्रयत्न करत आहोत."