Industrier förlitar sig på katalysatorer. Dessa material minskar energin som används vid raffinering av olja, tillverkning av plast, och mycket mer. Katalysatorer kan också betyda att mindre avfall produceras. Bättre katalysatorer skulle gynna industrier och miljön. I en perspektivartikel i Nature Catalysis, en trio forskare erbjuder en unik bild av katalysatordesign. De visade att optimering av elektriska fält i beräkningssystem kan förbättra olika typer av katalysatorer.

Långdistans elektriska fält spelar en viktig roll i katalysatorer. Dock, forskare tar sällan hänsyn till styrkan och beteendet hos dessa områden när de utformar katalysatorer. Författarna visar att forskare bör korrigera denna försummelse. Att lägga in sådana områden i viktiga beräkningsprogram kan leda till bättre katalysatorer.

Vid katalytiska reaktioner, ett elektriskt fält påverkar kemiska bindningar och, därför, reaktionsmekanismer, priser, och selektivitet. Elektriska fält, genom fält-bindning-dipol interaktioner, överskrider specifikationerna för vilken typ av katalysator som helst. Dock, forskare utnyttjar inte alltid denna allmänna princip när de utformar bättre katalysatorer. Många katalysforskare fokuserar på att optimera den aktiva kemin för att förbättra katalytisk prestanda. I artikeln Nature Catalysis, forskartrion tittade bortom den aktiva platsen. De analyserade hur den icke-lokala miljön i ett katalytiskt centrum kan spela en mycket icke-trivial roll för att uppnå vinster i katalytisk aktivitet. De skisserade framstegen mot beräkningsoptimering av syntetiska enzymer. Detta arbete kan väcka innovation inom biokatalys.

Ytterligare, det kan expandera om hur bättre utformade elektriska fält kan påverka förmågan att skapa förbättrad heterogen katalys, såsom exemplifieras av zeoliter och elektrokemiska gränssnitt, samt homogena katalysatorer med användning av nanokonfinerade molekylära vätskor och supramolekylära kapslar. Medan fokus på elektrostatiska miljöeffekter kan öppna nya vägar mot rationell optimering av effektiva katalysatorer, mycket mer förutsägbar förmåga krävs av teoretiska metoder för att få en transformativ inverkan i deras beräkningsdesign - och därmed experimentell relevans. Därav, teamet förutser ett behov av mer avancerade teoretiska behandlingar av elektriska fält som bör kombinera de teoretiska ramarna för dielektriska kontinuummodeller, elektronisk strukturteori, statistisk mekanik, och nukleära kvanteffekter.