Оптимизация электрических полей дает лучшие катализаторы
Отрасли зависят от катализаторов. Эти материалы уменьшают энергию, используемую при переработке нефти, производстве пластмасс и многое другое. Катализаторы также могут означать, что образуется меньше отходов. Лучшие катализаторы пойдут на пользу промышленности и окружающей среде. В перспективной статье в журнале Nature Catalysis три исследователя предлагают уникальный взгляд на конструкцию катализатора. Они показали, что оптимизация электрических полей в вычислительных системах может улучшить различные типы катализаторов.
Дальние электрические поля играют жизненно важную роль в катализаторах. Однако ученые редко учитывают силу и поведение этих полей при разработке катализаторов. Авторы показывают, что ученые должны исправить этот недосмотр. Факторинг в таких областях в ключевые вычислительные программы может привести к лучшим катализаторам.
В каталитических реакциях электрическое поле влияет на химические связи и, следовательно, на механизмы реакции, скорости и селективность. Электрические поля, благодаря полевым связям-дипольным взаимодействиям, выходят за рамки специфики любого типа катализатора, Однако ученые не всегда используют этот общий принцип при разработке лучших катализаторов. Многие исследователи катализа фокусируются на оптимизации химического состава активного участка для улучшения каталитических характеристик. В статье «Nature Catalysis» трио исследователей смотрело за пределы активного сайта. Они проанализировали, как нелокальная среда каталитического центра может играть весьма нетривиальную роль в достижении усиления каталитической активности. Они обрисовали прогресс в направлении вычислительной оптимизации синтетических ферментов. Эта работа может спровоцировать инновации в биокатализе.
Кроме того, можно было бы расширить вопрос о том, как лучше спроектированные электрические поля могут влиять на способность создавать улучшенный гетерогенный катализ, примером которого являются цеолиты и электрохимические границы раздела, а также гомогенные катализаторы, использующие наноконфигурированные молекулярные жидкости и надмолекулярные капсулы.
Хотя сосредоточение внимания на электростатических воздействиях окружающей среды может открыть новые пути к рациональной оптимизации эффективных катализаторов, теоретические методы требуют гораздо большей предсказательной способности, чтобы оказать преобразующее влияние на их расчетный дизайн и, следовательно, на экспериментальную значимость. Следовательно, команда предвидит необходимость более продвинутой теоретической обработки электрических полей, которая должна сочетать теоретические основы моделей диэлектрического континуума, теории электронной структуры, статистической механики.
