Optimering af elektriske felter giver bedre katalysatorer

Industrier er afhængige af katalysatorer. Disse materialer mindsker den energi, der bruges til at raffinere olie, fremstilling af plast, og meget mere. Katalysatorer kan også betyde, at der produceres mindre affald. Bedre katalysatorer ville gavne industrien og miljøet. I en perspektivisk artikel i Nature Catalysis, en trio af forskere tilbyder et unikt indblik i katalysatordesign. De viste, at optimering af elektriske felter i beregningssystemer kunne forbedre forskellige typer katalysatorer.

Langrækkende elektriske felter spiller en afgørende rolle i katalysatorer. Imidlertid, videnskabsmænd overvejer sjældent styrken og opførselen af ​​disse felter, når de designer katalysatorer. Forfatterne viser, at videnskabsmænd bør rette op på denne forglemmelse. Indregning af sådanne områder i nøgleberegningsprogrammer kunne føre til bedre katalysatorer.

I katalytiske reaktioner, et elektrisk felt påvirker kemiske bindinger og, derfor, reaktionsmekanismer, satser, og selektivitet. Elektriske felter, gennem felt-binding-dipol-interaktioner, overskride de særlige forhold ved enhver type katalysator. Imidlertid, videnskabsmænd udnytter ikke altid dette generelle princip til at designe bedre katalysatorer. Mange katalyseforskere fokuserer på at optimere det aktive steds kemi for at forbedre den katalytiske ydeevne. I Nature Catalysis -artiklen, trioen af ​​forskere så ud over det aktive websted. De analyserede, hvordan det ikke-lokale miljø i et katalytisk center kan spille en meget ikke-triviel rolle i at opnå gevinster i katalytisk aktivitet. De skitserede fremskridt hen imod beregningsmæssig optimering af syntetiske enzymer. Dette arbejde kunne sætte gang i innovation inden for biokatalyse.

Yderligere, det kunne udvide til, hvordan bedre designet elektriske felter kunne påvirke evnen til at skabe forbedret heterogen katalyse, som eksemplificeret ved zeolitter og elektrokemiske grænseflader, samt homogene katalysatorer ved hjælp af nanobundne molekylære væsker og supramolekylære kapsler. Mens fokus på elektrostatiske miljøeffekter kan åbne nye ruter mod rationel optimering af effektive katalysatorer, Der kræves meget mere forudsigelig kapacitet af teoretiske metoder for at have en transformativ indflydelse i deres beregningsmæssige design - og dermed eksperimentel relevans. Derfor, holdet forudser et behov for mere avancerede teoretiske behandlinger af elektriske felter, der bør kombinere de teoretiske rammer for dielektriske kontinuummodeller, elektronisk strukturteori, statistisk mekanik, og nukleare kvanteeffekter.