Veel chemische processen zijn afhankelijk van katalysatoren om reacties te vergemakkelijken die anders heel langzaam zouden verlopen, of helemaal niet. Een innovatieve procedure om de structuur van katalysatoren visueel weer te geven via computerondersteund ontwerp, ontwikkeld bij KAUST, helpt onderzoekers om betere katalysatoren te bouwen.

De software genereert topografische sterische kaarten en is ontwikkeld door Luigi Cavallo's onderzoeksgroep bij het KAUST Catalysis Research Center. De benodigde broncode is nu gratis online beschikbaar.

Wetenschappers uit 65 landen hebben de interface-webapplicatie al gebruikt, meldt postdoctoraal onderzoeker Laura Falivene, en ze doen vaak een beroep op de KAUST-onderzoekers voor meer informatie. Het team heeft nu een perspectiefartikel gepubliceerd waarin het maken en gebruiken van de topografische sterische kaarten in detail wordt uitgelegd.

"De kracht van visualisatie is van grote waarde in de chemie, waar veel tijd wordt besteed aan het bedenken van dingen die we niet kunnen zien, ' zegt Falivene.

Elke kaart maakt gebruik van kleurcodering om de driedimensionale geometrie over te brengen van de chemische groepen die het functionele hart van een katalysator vormen, bekend als de katalytische zak (zie afbeeldingen). De gegevens om een ​​kaart te bouwen kunnen afkomstig zijn van verschillende technieken, zoals röntgenkristallografie en kwantummechanica-berekeningen, die de identiteit en positie van elk atoom in de katalytische zak aangeven.

Dit helpt onderzoekers beter te begrijpen hoe bekende katalysatoren werken, terwijl ze ook de verkenning van chemische modificaties begeleiden die de structuren zouden kunnen aanpassen om betere katalysatoren te maken.

"We bouwen een belangrijke brug tussen de experimentele en computationele benaderingen, " legt Falivene uit. Ze voegt eraan toe dat de groeiende populariteit van de topografische sterische kaarten andere chemici helpt het belang te waarderen van het werk van theoretische chemici zoals zij.

"Door de kaarten te gebruiken, wordt het belang van het combineren van experimentele en theoretische benaderingen beter uitgelegd dan mijn woorden hebben kunnen doen, " merkt ze op. "Ze kunnen worden gebruikt met elke klasse katalysatoren, van reactiviteit bevorderd door eenvoudige organische moleculen, tot die bevorderd door overgangsmetaalcomplexen, en grote metallo-enzymen, waar een metaal wordt gehost in een eiwit." Metallo-enzymen katalyseren enkele van de meest cruciale reacties van het leven.

Het werk bij KAUST blijft de methode verbeteren, waaronder het ontwikkelen van machine learning-benaderingen om snel het potentieel van mogelijke nieuwe katalysatoren te screenen.

"Dit perspectiefartikel is belangrijk omdat het officieel de geldigheid en waarde van het onderwerp aangeeft, ", zegt Falivene. Ze beschrijft het als een nieuw startpunt dat de vroege, minder formele prestaties om een ​​breder gebruik en verdere ontwikkeling van de kaarten te bevorderen.