Många kemiska processer är beroende av katalysatorer för att underlätta reaktioner som annars skulle gå mycket långsamt, eller inte alls. En innovativ procedur för att visuellt representera strukturen hos katalysatorer via datorstödd design, utvecklad på KAUST, hjälper forskare att bygga bättre katalysatorer.

Mjukvaran genererar topografiska steriska kartor och har utvecklats av Luigi Cavallos forskargrupp vid KAUST Catalysis Research Center. Källkoden som krävs är nu fritt tillgänglig online.

Forskare från 65 länder har redan använt den gränssnittsanslutna webbapplikationen, rapporterar postdoktor Laura Falivene, och de ringer ofta KAUST-forskarna för mer information. Teamet har nu publicerat en perspektivartikel som i detalj förklarar skapandet och användningen av de topografiska steriska kartorna.

"Visualiseringskraften är av stort värde i kemi där mycket tid ägnas åt att föreställa saker som vi inte kan se, " säger Falivene.

Varje karta använder färgkodning för att förmedla den tredimensionella geometrin hos de kemiska grupperna som bildar det funktionella hjärtat av en katalysator, känd som den katalytiska fickan (se bilder). Data för att bygga en karta kan komma från flera tekniker, såsom röntgenkristallografi och kvantmekaniska beräkningar, som indikerar identiteten och positionen för varje atom i den katalytiska fickan.

Detta hjälper forskare att bättre förstå hur kända katalysatorer fungerar, samtidigt vägleda utforskningen av kemiska modifieringar som kan justera strukturerna för att göra bättre katalysatorer.

"Vi bygger en viktig bro mellan experimentella och beräkningsmetoder, " förklarar Falivene. Hon tillägger att den växande populariteten för de topografiska steriska kartorna hjälper andra kemister att inse betydelsen av det arbete som utförs av teoretiska kemister som hon själv.

"Att använda kartorna förklarar vikten av att kombinera experimentella och teoretiska tillvägagångssätt bättre än vad mina ord har kunnat göra, ", konstaterar hon. "De kan användas med alla typer av katalysatorer, från reaktivitet som främjas av enkla organiska molekyler, till det som främjas av övergångsmetallkomplex, och stora metalloenzymer, där en metall finns inuti ett protein." Metalloenzymer katalyserar några av livets mest avgörande reaktioner.

Arbetet på KAUST fortsätter att förbättra metoden inklusive att utveckla metoder för maskininlärning för att snabbt undersöka potentialen hos möjliga nya katalysatorer.

"Denna perspektivartikel är viktig eftersom den officiellt anger giltigheten och värdet av ämnet, säger Falivene. Hon beskriver det som en ny utgångspunkt som sammanför de tidiga, mindre formella prestationer för att främja en bredare användning och vidareutveckling av kartorna.