Industrieën zijn afhankelijk van katalysatoren. Deze materialen verminderen de energie die wordt gebruikt bij het raffineren van olie, productie van kunststoffen, en nog veel meer. Katalysatoren kunnen ook betekenen dat er minder afval wordt geproduceerd. Betere katalysatoren zouden de industrie en het milieu ten goede komen. In een perspectiefartikel in Nature Catalysis, een drietal onderzoekers biedt een unieke kijk op het ontwerp van katalysatoren. Ze toonden aan dat het optimaliseren van elektrische velden in computersystemen verschillende soorten katalysatoren zou kunnen verbeteren.

Elektrische velden met een groot bereik spelen een cruciale rol in katalysatoren. Echter, wetenschappers houden zelden rekening met de sterkte en het gedrag van deze velden bij het ontwerpen van katalysatoren. De auteurs laten zien dat wetenschappers dit verzuim moeten corrigeren. Het in rekening brengen van dergelijke gebieden in belangrijke computerprogramma's zou kunnen leiden tot betere katalysatoren.

Bij katalytische reacties, een elektrisch veld beïnvloedt chemische bindingen en, daarom, reactiemechanismen, tarieven, en selectiviteit. elektrische velden, door veld-binding-dipool interacties, de bijzonderheden van elk type katalysator overstijgen. Echter, wetenschappers maken niet altijd gebruik van dit algemene principe bij het ontwerpen van betere katalysatoren. Veel katalyse-onderzoekers richten zich op het optimaliseren van de chemie van de actieve plaats om de katalytische prestaties te verbeteren. In het artikel Nature Catalysis, het drietal onderzoekers keek verder dan de actieve site. Ze analyseerden hoe de niet-lokale omgeving van een katalytisch centrum een ​​hoogst niet-triviale rol kan spelen bij het behalen van winst in katalytische activiteit. Ze schetsten vooruitgang in de richting van de computationele optimalisatie van synthetische enzymen. Dit werk zou innovatie in biokatalyse kunnen stimuleren.

Verder, het zou kunnen uitweiden over hoe beter ontworpen elektrische velden van invloed kunnen zijn op het vermogen om verbeterde heterogene katalyse te creëren, zoals geïllustreerd door zeolieten en elektrochemische interfaces, evenals homogene katalysatoren met behulp van nano-ingesloten moleculaire vloeistoffen en supramoleculaire capsules. Hoewel het focussen op elektrostatische milieueffecten nieuwe wegen kan openen naar de rationele optimalisatie van efficiënte katalysatoren, er is veel meer voorspellend vermogen vereist van theoretische methoden om een ​​transformatieve impact te hebben in hun computationele ontwerp - en dus experimentele relevantie. Vandaar, het team voorziet een behoefte aan meer geavanceerde theoretische behandelingen van elektrische velden die de theoretische kaders van diëlektrische continuümmodellen zouden moeten combineren, elektronische structuurtheorie, statistische mechanica, en nucleaire kwantumeffecten.