Les industries dépendent des catalyseurs. Ces matériaux réduisent l'énergie utilisée dans le raffinage du pétrole, fabrication de matières plastiques, et beaucoup plus. Les catalyseurs peuvent également signifier moins de déchets produits. De meilleurs catalyseurs profiteraient aux industries et à l'environnement. Dans un article de perspective dans Nature Catalysis, un trio de chercheurs offre une vision unique de la conception des catalyseurs. Ils ont montré que l'optimisation des champs électriques dans les systèmes informatiques pouvait améliorer différents types de catalyseurs.

Les champs électriques à longue portée jouent un rôle vital dans les catalyseurs. Cependant, les scientifiques tiennent rarement compte de la force et du comportement de ces champs lorsqu'ils conçoivent des catalyseurs. Les auteurs montrent que les scientifiques devraient corriger cet oubli. La prise en compte de ces domaines dans les programmes informatiques clés pourrait conduire à de meilleurs catalyseurs.

Dans les réactions catalytiques, un champ électrique affecte les liaisons chimiques et, donc, mécanismes de réaction, les taux, et la sélectivité. Champs électriques, par des interactions champ-liaison-dipôle, transcender les spécificités de tout type de catalyseur. Cependant, les scientifiques n'exploitent pas toujours ce principe général pour concevoir de meilleurs catalyseurs. De nombreux chercheurs en catalyse se concentrent sur l'optimisation de la chimie du site actif pour améliorer les performances catalytiques. Dans l'article de Nature Catalysis, le trio de chercheurs a regardé au-delà du site actif. Ils ont analysé comment l'environnement non local d'un centre catalytique peut jouer un rôle non négligeable dans la réalisation de gains d'activité catalytique. Ils ont souligné les progrès vers l'optimisation informatique des enzymes synthétiques. Ces travaux pourraient susciter l'innovation en biocatalyse.

Plus loin, il pourrait expliquer comment des champs électriques mieux conçus pourraient avoir un impact sur la capacité de créer une catalyse hétérogène améliorée, comme en témoignent les zéolites et les interfaces électrochimiques, ainsi que des catalyseurs homogènes utilisant des liquides moléculaires nanoconfinés et des capsules supramoléculaires. Alors que se concentrer sur les effets environnementaux électrostatiques peut ouvrir de nouvelles voies vers l'optimisation rationnelle de catalyseurs efficaces, une capacité beaucoup plus prédictive est requise des méthodes théoriques pour avoir un impact transformateur dans leur conception informatique - et donc une pertinence expérimentale. D'où, l'équipe prévoit un besoin de traitements théoriques plus avancés des champs électriques qui devraient combiner les cadres théoriques des modèles de continuum diélectrique, théorie de la structure électronique, mécanique statistique, et les effets quantiques nucléaires.