Año reconocido: 2016
Organización:
Universidad de Pensilvania
Región:
Global
Pregunta:
Usando enzimas perfeccionadas a lo largo de cientos de millones de años de evolución, las plantas dividen fácilmente el agua en oxígeno e hidrógeno que se usa para alimentar reacciones metabólicas. Los seres humanos también podrían usar hidrógeno como combustible y una forma de almacenar energía de fuentes renovables intermitentes. Pero no tenemos millones de años para descubrir cómo hacer catalizadores prácticos. ¿Cómo lo estás abordando?
Respuesta:
Aleksandra Vojvodic utiliza supercomputadoras para diseñar nuevos catalizadores para la división del agua y otras reacciones. La idea detrás de su trabajo, explica, es "eludir el ensayo y error de la naturaleza" y el de los laboratorios de química.
Dividir el agua requiere dos catalizadores, uno para producir hidrógeno y el otro para producir oxígeno. “Lo que funciona eficientemente generalmente es raro o caro,” dice Vojvodic. Ahí es donde entra la química computacional. Para predecir el comportamiento de un catalizador, Vojvodic hace modelos computacionales que relacionan las funciones de un material con su estructura usando las reglas de la mecánica cuántica. Los químicos saben qué funciones debe tener el catalizador y cómo se comportarán diferentes tipos de átomos y estructuras. Los experimentos computacionales de Vojvodic, en el SLAC National Accelerator Lab, han dado lugar a catalizadores para la producción de oxígeno que igualan o superan a los fabricados con materiales caros.
Los investigadores han estado usando computadoras poderosas durante años para intentar diseñar mejores catalizadores, con variados grados de éxito. Pero las supercomputadoras actuales son capaces de hacer cálculos mucho más complejos. Y Vojvodic ha sido excepcionalmente talentosa en aprovechar el poder de la computación; identificando nuevas formas de representar propiedades electrónicas, estructuras químicas, nanostructuras y otras propiedades en cálculos matemáticos, y escribiendo programas para realizarlos. Trabajando con experimentadores, ella y sus compañeros de trabajo han hecho recientemente catalizadores para la división del agua extremadamente eficientes, que su trabajo de modelado predijo. Los investigadores ahora están buscando otros catalizadores, incluidos los que pueden convertir el nitrógeno y otras moléculas abundantes en productos químicos útiles.