Le industrie si affidano ai catalizzatori. Questi materiali riducono l'energia utilizzata nella raffinazione del petrolio, produzione di materie plastiche, e altro ancora. I catalizzatori possono anche significare che vengono prodotti meno rifiuti. Catalizzatori migliori andrebbero a vantaggio delle industrie e dell'ambiente. In un articolo prospettico su Nature Catalysis, un trio di ricercatori offre una visione unica della progettazione del catalizzatore. Hanno dimostrato che l'ottimizzazione dei campi elettrici nei sistemi computazionali potrebbe migliorare diversi tipi di catalizzatori.

I campi elettrici a lungo raggio svolgono un ruolo vitale nei catalizzatori. Però, gli scienziati raramente considerano la forza e il comportamento di questi campi durante la progettazione dei catalizzatori. Gli autori mostrano che gli scienziati dovrebbero correggere questa svista. Il factoring in tali campi in programmi computazionali chiave potrebbe portare a catalizzatori migliori.

Nelle reazioni catalitiche, un campo elettrico influenza i legami chimici e, perciò, meccanismi di reazione, aliquote, e selettività. Campi elettrici, attraverso interazioni campo-legame-dipolo, trascendere le specificità di qualsiasi tipo di catalizzatore. Però, gli scienziati non sempre sfruttano questo principio generale nella progettazione di catalizzatori migliori. Molti ricercatori in catalisi si concentrano sull'ottimizzazione della chimica del sito attivo per migliorare le prestazioni catalitiche. Nell'articolo sulla catalisi della natura, il trio di ricercatori ha guardato oltre il sito attivo. Hanno analizzato come l'ambiente non locale di un centro catalitico può svolgere un ruolo altamente non banale nel raggiungimento di guadagni nell'attività catalitica. Hanno delineato i progressi verso l'ottimizzazione computazionale degli enzimi sintetici. Questo lavoro potrebbe stimolare l'innovazione nella biocatalisi.

Ulteriore, potrebbe ampliare il modo in cui i campi elettrici meglio progettati potrebbero influire sulla capacità di creare una catalisi eterogenea migliorata, come esemplificato dalle zeoliti e dalle interfacce elettrochimiche, così come catalizzatori omogenei che utilizzano liquidi molecolari nanoconfinati e capsule supramolecolari. Mentre concentrarsi sugli effetti ambientali elettrostatici può aprire nuove strade verso l'ottimizzazione razionale di catalizzatori efficienti, ai metodi teorici è richiesta molta più capacità predittiva per avere un impatto trasformativo nella loro progettazione computazionale, e quindi rilevanza sperimentale. Quindi, il team prevede la necessità di trattamenti teorici più avanzati dei campi elettrici che dovrebbero combinare i quadri teorici dei modelli dielettrici continui, teoria della struttura elettronica, meccanica statistica, ed effetti quantistici nucleari.