Los investigadores de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia (MISIS) han descubierto la posibilidad de determinar la actividad de catalizadores hipotéticos —aceleradores de reacciones químicas— sin necesidad de ensayos.

La búsqueda de los catalizadores de reacciones químicas es uno de los ejemplos tradicionales de la ciencia empírica que muestra que, para obtener la respuesta, hay que estudiar muchas versiones, es decir, usar el método de prueba y error.

Las sustancias con propiedades similares pueden mostrar distintas actividades catalizadoras. Y los científicos solo pueden hoy medirlas. Mientras, si aprenden a pronosticar la capacidad de una u otra sustancia de catalizar una u otra reacción, esto llevará la búsqueda de catalizadores a un nuevo nivel: ante todo, permitirá a los científicos dejar de realizar miles de ensayos innecesarios y, además, dará la posibilidad de encontrar catalizadores más eficaces para las reacciones de uso industrial.

Estos avances pueden conllevar beneficios milmillonarios y hasta llevar a cabo una revolución en la industria química comparable con la invención del caucho sintético o el polietileno de baja presión.

Miles de procesos químicos 'esperan' a sus catalizadores más eficaces. Especialmente, esto es importante para la industria petroquímica (el tratamiento de fracciones pesadas de petróleo) y la síntesis química. La mayoría de las reacciones llevadas a cabo en la industria son catalíticas. De ahí que los grupos científicos de todo el mundo estén buscando catalizadores más avanzados.

Con la aparición de las nanotecnologías, la lista de catalizadores posibles se amplió. Los químicos encontraron nuevos tipos de sustancias que pueden manifestar excelentes propiedades catalíticas. Uno de estos incluye las nanopartículas de metales preciosos, por ejemplo, de oro o platino. Mientras, el cambio de propiedades catalíticas depende de las dimensiones de partículas.

Para pasar sin estudiar de nuevo millones de pares (un catalizador posible, una reacción), el grupo de científicos del laboratorio 'Modelación y desarrollo de nuevos materiales' de la MISIS y de la Universidad de Linköping (Suecia), encabezado por uno de los científicos más destacados del mundo, el profesor Ígor Abrikósov, decidieron calcular esta relación con el uso del avanzado sistema digital Cherry, instalado en la MISIS gracias a una gran subvención destinada por el Gobierno ruso.

"Existe la hipótesis de que el cambio de niveles electrónicos en átomos de catalizadores está vinculado con su actividad catalizadora", destaca Alexéi Tal, coautor del artículo y empleado del laboratorio 'Modelación y desarrollo de nuevos materiales' de la MISIS. "Esto quiere decir que, en vez de llevar a cabo una costosa serie de centenares o miles de ensayos para comprobar la actividad catalizadora de los catalizadores hipotéticos, es suficiente con analizar los aspectos de rayos X", agrega Tal. Esta hipótesis está basada en una investigación publicada en la revista Science, donde los científicos de la Universidad de Utah (Salt Lake City, EEUU) demostraron este efecto en los ensayos con el paladio.

Alexéi Tal subrayó que el análisis de aspectos de rayos X es una estrategia apropiada de cálculos.

Ahora, cuando los cambios de niveles electrónicos en 'nanoclusters' han sido calculados, los científicos deben dar el paso siguiente. Los investigadores planean calcular la energía de absorción para los mismos 'clusters', que sirve de criterio de la actividad catalizadora. De ahí emanará el diseño de una tabla de previsiones que podrá calcular la capacidad de cualesquiera nanopartículas para catalizar reacciones por los cambios determinados en los niveles electrónicos.

"Tales cálculos ya se han realizado en relación con varios sistemas. Sin embargo, no se ha aplicado todavía este enfoque sistémico que permite establecer de modo unívoco la dependencia de los cambios en los niveles electrónicos de la actividad catalizadora", destacó Alexéi Tal.