Cómo determinar un catalizador para una reacción dada

Bueno, todavía es un desafío continuo diseñar racionalmente catalizadores eficientes y baratos para una reacción dada. Ya sabemos que los mejores catalizadores para la mayoría de las reacciones son Pt, Rh, Re, etc. (metales preciosos de transición), pero son demasiado caros y escasos para ser económicos y sostenibles para muchas reacciones; por lo tanto, necesitamos desarrollar catalizadores más baratos mediante la aleación, exponiendo las facetas de los cristales activos ajustando la forma y composición de las partículas del catalizador, y exponiendo la combinación correcta de interfaces de metal / soporte y estructura de poros. Una complicación es que una reacción dada puede proceder a través de vías de reacción muy diferentes en diferentes catalizadores. Podemos utilizar conceptos como las relaciones Bronsted-Evans-Polayni, el principio Sabatier, las relaciones de escala, la ubicación del centro de la banda d y otras herramientas para ayudar a comprender las reacciones catalíticas. Sin embargo, la mayoría de los catalizadores se desarrollan mediante prueba y error con un poco de intuición química. Sin embargo, en estos días con el advenimiento de potentes enfoques de modelado computacional, detección de alto rendimiento y técnicas de aprendizaje automático / minería de datos, podemos comenzar a avanzar hacia un diseño racional de catalizador. (Para su información: es mucho más fácil diseñar catalizadores homogéneos en comparación con catalizadores heterogéneos, o mediante complejos organometálicos injertados, pero aún así su viabilidad industrial no siempre está ahí).

Una respuesta verdadera incluiría resolver ecuaciones de Schrödinger en mecánica cuántica. Tendría que incluir ángulos de enlace y orbitales de electrones de valencia. Sin embargo, estas ecuaciones generalmente se realizan después de que la experimentación muestre un candidato probable.

Honestamente, no sé suficiente teoría cuántica para darte una respuesta satisfactoria. Sin embargo, con la computación cuántica a la vuelta de la esquina, su pregunta se volverá más relevante ya que las computadoras harán estos cálculos complejos más rápido que nunca. Las computadoras en estos días simplemente no son lo suficientemente potentes como para ayudarnos a encontrar catalizadores potenciales más rápido de lo que podemos intentar en el laboratorio.

Básicamente, diría que prueba y error es, con mucho, el enfoque más común.

Esta es una pregunta que aparece de vez en cuando … así que aquí está el enlace a una respuesta anterior mía:

¿Cómo se identifica el catalizador requerido para una reacción?