Integrationen av metall-organiska ramverk (MOF) och andra metallnanopartiklar har alltmer lett till skapandet av nya multifunktionella material. Många forskare har integrerat MOF med andra materialklasser för att producera nya strukturer med synergetiska egenskaper.

Trots att det finns över 70, 000 samlingar av syntetiserade MOF som kan användas som byggstenar, den exakta karaktären av interaktionen och bindningen vid gränssnittet mellan de två materialen är fortfarande okänd. Frågan är hur man sorterar rätt matchande par av 70, 000 MOF.

En algoritmisk studie publicerad i Naturkommunikation av ett KAIST -forskargrupp ger en ledtråd för att hitta de perfekta paren. Laget, ledd av professor Ji-Han Kim från Institutionen för kemisk och biomolekylär teknik, utvecklat ett gemensamt beräkningsmässigt och experimentellt tillvägagångssätt för att rationellt utforma MOF@MOF, en komposit av MOF där en MOF odlas på en annan MOF.

Professor Kims team, i samarbete med UNIST, noterade att metallnoden i en MOF koordinerar bindningen med länken till en annan MOF och de exakt matchade gränssnittskonfigurationerna på atom- och molekylnivåer kan öka sannolikheten för syntetisering av MOF@MOF.

De screenade tusentals MOF:er och identifierade optimala MOF -par som sömlöst kan ansluta till varandra genom att dra fördel av det faktum att metallnoden i en MOF kan bilda koordinationsbindningar med länkarna i den andra MOF. Sex par som förutspås från beräkningsalgoritmen växte framgångsrikt till enstaka kristaller.

Detta beräkningsflöde kan lätt sträcka sig till andra materialklasser och kan leda till snabb utforskning av den sammansatta MOF -arenan för snabbare materialutveckling. Ännu mer, arbetsflödet kan öka sannolikheten för att syntetisera MOF@MOF i form av stora enstaka kristaller, och därmed visat nyttan av att rationellt utforma MOF@MOF.

Denna studie är den första algoritmen för att förutsäga syntesen av sammansatta MOF, efter vad de vet. Professor Kim sa:"Antalet förutspådda par kan öka ännu mer med den mer allmänna 2-D-gittermatchningen, och det är värt att undersöka i framtiden. "