Des réactions chimiques se produisent constamment autour de nous – c’est évident quand on y pense, mais combien d’entre nous en provoquent réellement lorsqu’ils démarrent une voiture, font bouillir un œuf ou fertilisent leur pelouse ?
Richard Kong, expert en catalyse chimique, s'intéresse aux réactions chimiques. Dans son travail d'« ingénieur du son professionnel », comme il le définit lui-même, il s'intéresse non seulement aux réactions qui se produisent en lui, mais aussi à en provoquer de nouvelles.
En tant que boursière Klarman en chimie et biologie chimique au sein du Collège des arts et des sciences, Kong travaille au développement de catalyseurs qui orientent les réactions chimiques vers les résultats souhaités, créant ainsi des produits sûrs et même à valeur ajoutée, y compris ceux qui peuvent avoir un impact positif sur la santé des personnes. Mercredi.
« Un nombre important de réactions chimiques se produisent spontanément », a déclaré Kong, faisant référence au rejet de dioxyde de carbone lors de la combustion des énergies fossiles par les voitures. « Mais les réactions chimiques plus complexes ne se produisent pas automatiquement. C’est là qu’intervient la catalyse chimique. »
Kong et ses collègues ont conçu un catalyseur pour orienter la réaction souhaitée, et cela a fonctionné. Par exemple, le dioxyde de carbone peut être converti en acide formique, en méthanol ou en formaldéhyde en choisissant le catalyseur approprié et en optimisant les conditions réactionnelles.
Selon Kyle Lancaster, professeur de chimie et de biologie chimique (A&S) et professeur de Kong, l'approche de ce dernier s'inscrit parfaitement dans la démarche « axée sur la découverte » de son laboratoire. « Richard a eu l'idée d'utiliser l'étain pour améliorer ses réactions chimiques, ce qui n'était absolument pas prévu dans mon projet », explique Lancaster. « C'est un catalyseur pour la conversion sélective du dioxyde de carbone en une substance plus précieuse, et le dioxyde de carbone a mauvaise presse. »
Kong et ses collaborateurs ont récemment découvert un système qui, dans certaines conditions, peut convertir le dioxyde de carbone en acide formique.
« Bien que nous soyons encore loin d'atteindre une réactivité optimale, notre système est hautement configurable », a déclaré Kong. « Nous pouvons ainsi mieux comprendre pourquoi certains catalyseurs sont plus rapides que d'autres, et pourquoi certains sont intrinsèquement meilleurs. Nous pouvons ajuster les paramètres des catalyseurs et tenter de comprendre ce qui les rend plus performants, car plus ils sont rapides, mieux c'est : on peut créer des molécules plus rapidement. »
En tant que boursier Klarman, Kong travaille également à transformer les nitrates, des engrais courants qui s'infiltrent de manière toxique dans les cours d'eau, en une substance inoffensive, explique-t-il.
Kong a expérimenté des métaux communs comme l'aluminium et l'étain en tant que catalyseurs. Ces métaux sont bon marché, non toxiques et abondants dans la croûte terrestre ; leur utilisation ne pose donc pas de problèmes de durabilité, a-t-il affirmé.
« Nous cherchons également à fabriquer des catalyseurs où deux de ces métaux interagissent », a déclaré Kong. « En utilisant deux métaux dans la structure, quels types de réactions et de questions intéressantes pouvons-nous obtenir à partir de systèmes bimétalliques ? » « réaction chimique ? »
Selon Kong, l'échafaudage est l'environnement chimique dans lequel ces métaux résident.
Depuis 70 ans, la norme était d'utiliser un seul centre métallique pour réaliser des transformations chimiques, mais depuis une dizaine d'années, les chimistes du domaine ont commencé à explorer les interactions synergiques entre deux métaux liés chimiquement ou contigus. « Cela offre davantage de possibilités », a déclaré Kong.
Ces catalyseurs bimétalliques permettent aux chimistes de combiner différents catalyseurs métalliques en fonction de leurs forces et faiblesses, explique Kong. Par exemple, un centre métallique présentant une faible affinité pour les substrats mais une bonne capacité de rupture de liaisons peut être associé à un autre centre métallique présentant une faible affinité pour les substrats mais une bonne capacité de rupture de liaisons. La présence du second métal influence également les propriétés du premier.
« On observe alors ce que l’on appelle un effet synergique entre les deux centres métalliques », a déclaré Kong. « Des réactions vraiment uniques et remarquables commencent à émerger dans le domaine de la catalyse bimétallique. »
Kong a déclaré qu'il subsiste encore beaucoup d'incertitudes quant à la manière dont les métaux se lient entre eux au niveau moléculaire. Il était aussi enthousiasmé par la beauté de la chimie elle-même que par les résultats obtenus. Kong a été recruté au laboratoire de Lancaster pour son expertise en spectroscopie des rayons X.
« C’est une symbiose », a déclaré Lancaster. « La spectroscopie des rayons X a permis à Richard de comprendre les mécanismes sous-jacents et ce qui rend l’étain particulièrement réactif et capable de cette réaction chimique. Nous bénéficions de ses vastes connaissances en chimie des éléments des groupes majeurs, qui ont ouvert de nouvelles perspectives dans un nouveau domaine. »
Tout repose sur la chimie fondamentale et la recherche, une approche rendue possible par la bourse Open Klarman, a déclaré Kong.
« D’habitude, je peux réaliser la réaction en laboratoire ou simuler la molécule sur ordinateur », a-t-il expliqué. « Nous essayons d’obtenir une image aussi complète que possible de l’activité chimique. »