Proyek ‘berisiko tinggi’ menggunakan ilmu kuantum untuk membuka reaksi kimia baru

  • Whatsapp


Universitas Rochester ahli kimia Todd Krauss akan memimpin upaya multi-lembaga untuk mengubah bidang kimia, berkat a hibah $1,8 juta dolar dari National Science Foundation (NSF).

Ahli kimia telah lama memahami alat yang mereka miliki untuk membuat molekul baru, seperti mengubah suhu reaksi atau menggunakan katalis—atau melakukan keduanya. Sekarang, Krauss dan rekan penelitinya ingin menggunakan cahaya untuk memfasilitasi reaksi kimia yang sebelumnya tidak mungkin—pada dasarnya, dengan mengubah cahaya menjadi katalis.

“Ini adalah proposal berisiko tinggi,” kata Krauss, seorang profesor dari kimia dan dari optik di Rochester. “Apakah kita bisa mendapatkan molekul yang cukup untuk berinteraksi secara kuat dengan cahaya untuk membuat perbedaan? Jika kita melakukannya, itu bisa menjadi perubahan paradigma di bidang kimia.”

Profesor kimia Todd Krauss dan rekan penelitinya ingin menggunakan cahaya untuk memfasilitasi reaksi kimia yang sebelumnya tidak mungkin. Jika berhasil, katanya, “ini bisa menjadi perubahan paradigma di bidang kimia.” Kredit gambar: Foto Universitas Rochester / J. Adam Fenster

Prinsip kuantum diterapkan pada kimia

Menurut prinsip-prinsip ilmu kuantum—yang berhubungan dengan sifat dasar atom dan partikel subatom—cahaya terdiri dari paket-paket energi yang kecil dan terpisah. Proyek Krauss menyerukan untuk menempatkan molekul dalam rongga optik dan menggunakan paket-paket diskrit untuk mengubah keadaan energi elektron dalam molekul. Ketika itu selesai, molekul berperilaku berbeda, membuka pintu untuk kemungkinan ikatan baru dan, dengan demikian, kimia baru.

Molekul terbentuk melalui ikatan kimia—pembagian elektron yang mengorbit. Dengan mengubah suhu atau memperkenalkan katalis, ahli kimia dapat memanipulasi bagaimana—atau apakah—elektron digunakan bersama. Interaksi ini mengikuti aturan dasar. Misalnya, ikatan karbon-klorin lebih mudah putus daripada ikatan karbon-hidrogen. Di sini, tim bertujuan untuk menggunakan penerapan prinsip-prinsip kuantum untuk mengubah aturan dasar ini untuk memungkinkan ikatan yang berbeda putus dan direformasi.

Krauss berharap untuk mengubah sifat spasial elektron, dan sebagai hasilnya, mengubah cara ikatan molekul.

“Kita berpotensi dapat memindahkan elektron ke atas bukit dari satu molekul ke molekul lain—sesuatu yang secara klasik dilarang,” kata Krauss. “Kebanyakan elektron memiliki orbit bola. Jika kita dapat memindahkan beberapa elektron itu ke orbit non-bola, mereka akan berperilaku berbeda. Melakukan itu akan memungkinkan kita untuk membuat molekul baru.”

Quest untuk obat-obatan yang lebih baik, energi yang lebih hijau, bahan-bahan baru

Menurut Krauss, karya ini merupakan cara baru untuk mengembangkan reaksi kimia—yang memiliki banyak manfaat potensial bagi masyarakat. “Secara teori, itu bisa mengarah pada aplikasi baru dalam produksi bahan bakar, obat-obatan, dan pembuatan plastik,” katanya.

University of Rochester memiliki tradisi panjang ilmu kuantum sehubungan dengan penggabungan kuat antara cahaya dan atom—mendefinisikan bidang optik kuantum selama beberapa dekade—berasal dari karya perintis Leonard Mandela dan Emil Serigala lebih dari lima dekade lalu. Di QuEST, tim akan membangun tradisi itu dengan mengeksplorasi bagaimana menggabungkan cahaya dengan molekul dengan kuat untuk memanipulasi reaksi kimia, mendorong optik kuantum ke wilayah baru dan belum dipetakan.

Berdasarkan ketentuan hibah, Krauss akan mengarahkan Pusat Inovasi Kimia Tahap I NSF untuk Elektrodinamika Kuantum untuk Transformasi Selektif (QuEST). Tim peneliti QuEST termasuk sesama profesor kimia Universitas Rochester Pengfei Huo dan William Jones, serta profesor optik Nick Vamivaka. Bergabung dengan mereka adalah Jillian Dempsey dari University of North Carolina–Chapel Hill, Nicolas Large dan Zachary Tonzetich dari University of Texas–San Antonio, Teri Odom dari Northwestern University, dan Daniel Weix dari University of Wisconsin–Madison.

“Ini adalah hibah benih tiga tahun,” jelas Krauss. “Setelah beberapa tahun, kami akan bersaing untuk mendapatkan hibah Tahap II—$20 juta dolar selama empat tahun—untuk melanjutkan penelitian.”

Sumber: Universitas Rochester




Pos terkait

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Situs ini menggunakan Akismet untuk mengurangi spam. Pelajari bagaimana data komentar Anda diproses.