Las industrias dependen de los catalizadores. Estos materiales reducen la energía utilizada en la refinación del petróleo, fabricación de plásticos, y mucho más. Los catalizadores también pueden significar que se producen menos desechos. Mejores catalizadores beneficiarían a las industrias y al medio ambiente. En un artículo en perspectiva en Nature Catalysis, un trío de investigadores ofrece una visión única del diseño de catalizadores. Demostraron que la optimización de campos eléctricos en sistemas computacionales podría mejorar diferentes tipos de catalizadores.

Los campos eléctricos de largo alcance juegan un papel vital en los catalizadores. Sin embargo, los científicos rara vez consideran la fuerza y ​​el comportamiento de estos campos al diseñar catalizadores. Los autores muestran que los científicos deberían corregir este descuido. La inclusión de estos campos en programas informáticos clave podría conducir a mejores catalizadores.

En reacciones catalíticas, un campo eléctrico afecta los enlaces químicos y, por lo tanto, mecanismos de reacción, tarifas, y selectividad. Campos eléctricos, a través de interacciones campo-enlace-dipolo, trasciende las especificidades de cualquier tipo de catalizador. Sin embargo, los científicos no siempre aprovechan este principio general para diseñar mejores catalizadores. Muchos investigadores de catálisis se centran en optimizar la química del sitio activo para mejorar el rendimiento catalítico. En el artículo de Nature Catalysis, el trío de investigadores miró más allá del sitio activo. Analizaron cómo el entorno no local de un centro catalítico puede desempeñar un papel muy no trivial en el logro de ganancias en la actividad catalítica. Resumieron el progreso hacia la optimización computacional de enzimas sintéticas. Este trabajo podría impulsar la innovación en biocatálisis.

Más lejos, podría ampliar la forma en que los campos eléctricos mejor diseñados podrían afectar la capacidad de crear una catálisis heterogénea mejorada, como lo ejemplifican las zeolitas y las interfaces electroquímicas, así como catalizadores homogéneos que utilizan líquidos moleculares nanoconfinados y cápsulas supramoleculares. Si bien centrarse en los efectos ambientales electrostáticos puede abrir nuevas rutas hacia la optimización racional de catalizadores eficientes, Se requiere mucha más capacidad predictiva de los métodos teóricos para tener un impacto transformador en su diseño computacional y, por lo tanto, relevancia experimental. Por eso, el equipo prevé la necesidad de tratamientos teóricos más avanzados de los campos eléctricos que combinen los marcos teóricos de los modelos continuos dieléctricos, teoría de la estructura electrónica, mecánica estadística, y efectos cuánticos nucleares.