Algoritme identificerer optimale par til at sammensætte metal-organiske rammer

Integrationen af ​​metal-organiske rammer (MOF'er) og andre metal-nanopartikler har i stigende grad ført til skabelsen af ​​nye multifunktionelle materialer. Mange forskere har integreret MOF'er med andre klasser af materialer for at producere nye strukturer med synergetiske egenskaber.

På trods af at der er over 70, 000 samlinger af syntetiserede MOF'er, der kan bruges som byggeklodser, den præcise karakter af interaktionen og bindingen ved grænsefladen mellem de to materialer er stadig ukendt. Spørgsmålet er, hvordan man sorterer de rigtige matchende par ud af 70, 000 MOF'er.

En algoritmisk undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation af et KAIST-forskerhold præsenterer et fingerpeg om at finde de perfekte par. Holdet, ledet af professor Ji-Han Kim fra Institut for Kemi- og Biomolekylær Teknik, udviklet en fælles beregningsmæssig og eksperimentel tilgang til rationelt design af MOF@MOF'er, en sammensætning af MOF'er, hvor en MOF dyrkes på en anden MOF.

Professor Kims team, i samarbejde med UNIST, bemærkede, at metalknuden i en MOF kan koordinere binde med linkeren af ​​en anden MOF, og de præcist matchede grænsefladekonfigurationer på atomare og molekylære niveauer kan øge sandsynligheden for at syntetisere MOF@MOFs.

De screenede tusindvis af MOF'er og identificerede optimale MOF-par, der problemfrit kan forbinde til hinanden ved at drage fordel af det faktum, at metalknuden i en MOF kan danne koordinationsbindinger med linkerene af den anden MOF. Seks par forudsagt fra beregningsalgoritmen voksede med succes til enkeltkrystaller.

Denne beregningsmæssige arbejdsgang kan let udvides til andre klasser af materialer og kan føre til den hurtige udforskning af den sammensatte MOFs arena for accelereret materialeudvikling. Endnu mere, arbejdsgangen kan øge sandsynligheden for at syntetisere MOF@MOF'er i form af store enkeltkrystaller, og derved demonstreret nytten af ​​rationelt at designe MOF@MOF'erne.

Denne undersøgelse er den første algoritme til at forudsige syntesen af ​​sammensatte MOF'er, efter deres bedste viden. Professor Kim sagde, "Antallet af forudsagte par kan stige endnu mere med den mere generelle 2-D gitter-matching, og det er værd at undersøge i fremtiden."