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 ध्वनी अभियंता" म्हणून त्यांच्या कामात, त्यांना केवळ स्वतःमध्ये निर्माण होणाऱ्या प्रतिक्रियांमध्येच नव्हे, तर नवीन प्रतिक्रिया घडवून आणण्यातही 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 हवी असलेली अभिक्रिया घडवून आणण्यासाठी एक उत्प्रेरक तयार केला आणि तसे घडले. 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) चे प्राध्यापक आणि काँग यांचे प्राध्यापक काइल लँकेस्टर यांच्या मते, काँग यांचा दृष्टिकोन लँकेस्टर यांच्या प्रयोगशाळेच्या “शोध-चालित” दृष्टिकोनाशी चांगला जुळतो. “आपल्या रसायनशास्त्रात सुधारणा करण्यासाठी कथिलाचा वापर करण्याची कल्पना रिचर्ड यांना सुचली, जी माझ्या मूळ योजनेत कधीच नव्हती,” असे लँकेस्टर म्हणाले. “कार्बन डायऑक्साइडचे अधिक मौल्यवान अशा पदार्थात निवडक रूपांतर करण्यासाठी हा एक उत्प्रेरक आहे, आणि कार्बन डायऑक्साइडबद्दल खूप नकारात्मक चर्चा होते.”
काँग आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अलीकडेच एक अशी प्रणाली शोधून काढली आहे, जी विशिष्ट परिस्थितीत कार्बन डायऑक्साइडचे फॉर्मिक अॅसिडमध्ये रूपांतर करू शकते.
"सध्या आम्ही अत्याधुनिक अभिक्रियाशीलतेच्या जवळपास नसलो तरी, आमची प्रणाली अत्यंत लवचिक आहे," असे काँग म्हणाले. "त्यामुळे 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 उत्प्रेरकांचे मापदंड समायोजित करू शकतो आणि या गोष्टी अधिक वेगाने का काम करतात हे समजून घेण्याचा प्रयत्न करू शकतो, कारण त्या जितक्या वेगाने काम करतात, तितके चांगले – तुम्ही अधिक वेगाने रेणू तयार करू शकता."
क्लार्मन फेलो म्हणून, काँग पर्यावरणातील नायट्रेट्स, म्हणजेच विषारीपणे जलमार्गांमध्ये झिरपणाऱ्या सामान्य खतांना, निरुपद्रवी गोष्टीत रूपांतरित करण्याचे कामही करत आहेत, असे ते म्हणतात.
काँग यांनी उत्प्रेरक म्हणून ॲल्युमिनियम आणि टिन यांसारख्या सामान्य भूगर्भीय धातूंवर प्रयोग केले. हे धातू स्वस्त, बिनविषारी आणि पृथ्वीच्या कवचात मुबलक प्रमाणात आढळतात, त्यामुळे त्यांचा वापर केल्याने शाश्वततेच्या समस्या निर्माण होणार नाहीत, असे ते म्हणाले.
"यापैकी दोन धातू एकमेकांशी आंतरक्रिया करतील असे उत्प्रेरक कसे बनवायचे, याचाही आम्ही शोध घेत आहोत," काँग म्हणाले. "संरचनेत दोन धातू वापरल्याने, द्विधातु प्रणालींमधून आपल्याला कोणत्या प्रकारच्या अभिक्रिया आणि मनोरंजक प्रश्न मिळू शकतात?" "रासायनिक अभिक्रिया?"
काँगच्या मते, स्कॅफोल्डिंग हे एक रासायनिक वातावरण आहे, ज्यामध्ये हे धातू राहतात.
गेल्या ७० वर्षांपासून, रासायनिक परिवर्तने घडवून आणण्यासाठी एकाच धातू केंद्राचा वापर करणे ही एक सर्वसामान्य पद्धत होती, परंतु गेल्या दशकात या क्षेत्रातील रसायनशास्त्रज्ञांनी रासायनिक दृष्ट्या जोडलेल्या किंवा लगतच्या दोन धातूंमधील सहक्रियात्मक आंतरक्रियांचा शोध घेण्यास सुरुवात केली आहे. काँग म्हणाले, “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 नीट जोडले जात नाही पण बंध चांगल्या प्रकारे तोडते, ते दुसऱ्या अशा धातू केंद्रासोबत काम करू शकते जे बंध नीट तोडत नाही पण सब्सट्रेट्सशी चांगले जोडले जाते. दुसऱ्या धातूच्या उपस्थितीचा परिणाम पहिल्या धातूच्या गुणधर्मांवरही होतो.
"दोन धातू केंद्रांमध्ये एक सहक्रियात्मक परिणाम दिसून येऊ लागतो," असे काँग म्हणाले. "द्विधातू उत्प्रेरणाच्या क्षेत्रात काही खरोखरच अद्वितीय आणि अद्भुत अभिक्रिया उदयास येऊ लागल्या आहेत."
काँग म्हणाले की, आण्विक स्वरूपात धातू एकमेकांशी कसे जोडले जातात याबद्दल अजूनही बरीच अनिश्चितता आहे. निकालांइतकाच त्यांना रसायनशास्त्राच्या सौंदर्यानेही आनंद झाला होता. एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपीमधील त्यांच्या तज्ञतेमुळे काँग यांना लँकेस्टरच्या प्रयोगशाळेत आणण्यात आले होते.
"हे एक सहजीवन आहे," लँकेस्टर म्हणाले. "एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपीमुळे रिचर्डला हे समजण्यास मदत झाली की नेमके काय घडते आणि कथील विशेषतः क्रियाशील होऊन ही रासायनिक अभिक्रिया करण्यास सक्षम का बनते. प्रमुख गट रसायनशास्त्राच्या त्याच्या सखोल ज्ञानाचा आम्हाला फायदा होतो, ज्यामुळे आमच्यासाठी एक नवीन क्षेत्र खुले झाले आहे."
हे सर्व मूलभूत रसायनशास्त्र आणि संशोधनावर अवलंबून आहे, आणि ओपन क्लार्मन फेलोशिपमुळे हा दृष्टिकोन शक्य झाला आहे, असे काँग म्हणाले.
"सहसा मी प्रयोगशाळेत अभिक्रिया घडवून आणू शकतो किंवा संगणकावर बसून रेणूचे सिम्युलेशन करू शकतो," तो म्हणाला. "आम्ही रासायनिक क्रियेचे शक्य तितके संपूर्ण चित्र मिळवण्याचा प्रयत्न करत आहोत."