Cercetătorii MIT au folosit un model de calcul pentru a identifica aproximativ 10.000 de posibile structuri MOF (o clasă de compuși constând din ioni metalici sau clustere coordonate cu liganzi organici pentru a forma structuri unidimensionale, bidimensionale sau tridimensionale) cu cadru metal-organic pe care le clasifică drept „ultrastabile”. Aceste stări le fac candidați buni pentru aplicații precum conversia gazului metan în metanol.
„Când oamenii vin cu materiale MOF ipotetice, ei nu știu neapărat dinainte cât de stabil este acel material”, a spus într-o declarație de presa Heather Kulik, Profesor asociat de chimie și inginerie chimică MIT și autor principal al studiului. .
„Am folosit datele și modelele noastre de învățare automată pentru a crea blocuri care era de aşteptat să aibă o stabilitate ridicată, iar când le-am recombinat în moduri considerabil mai diverse, setul nostru de date a fost îmbogățit cu materiale cu o stabilitate mai mare decât orice set anterior. de materiale ipotetice cu care au venit oamenii.” a adăugat ea.
Oamenii de știință au început, de asemenea, să exploreze utilizarea MOF-urilor pentru a furniza medicamente sau agenți imagistici în organism. MOF-urile constau din două unități de construcție secundare: molecule organice care încorporează atomi de metal precum zinc sau cupru și molecule organice numite linkeri, care conectează unitățile de construcție secundare. Aceste piese pot fi combinate împreună la fel ca blocurile de construcție LEGO.
„Deoarece există atât de multe tipuri diferite de blocuri LEGO și modalități de a le asambla, asta a dat naștere unei explozii combinatorii de diferite materiale posibile”, a spus Kulik.
„Puteți controla cu adevărat structura generală a cadrului metal-organic prin alegerea modului în care asamblați diferite componente.” mai spune ea.
Astăzi, cel mai comun mod de a proiecta MOF-uri este prin încercare și eroare. Abordările computaționale oferă o abordare nouă și mai bună pentru proiectarea acestor materiale, mai ales dacă țin cont de stabilitatea materialului rezultat.
„Un material MOF foarte bun pentru cataliză sau pentru stocarea gazului ar avea o structură foarte deschisă, dar odată ce ai această structură deschisă, poate fi foarte greu să te asiguri că acel material este, de asemenea, stabil în timpul utilizării pe termen lung”, a spus Kulik. .
Într-un studiu din 2021, Kulik a raportat un nou model pe care l-a creat prin extragerea a câteva mii de lucrări despre MOF. În noua cercetare, Kulik și studenții ei au folosit același model pentru a identifica aproximativ 500 de MOF-uri cu stabilitate foarte mare. Apoi, au defalcat acele MOF-uri la 120 de unități de clădire secundare și 16 linkere și le-au recombinat folosind aproximativ 750 de tipuri diferite de arhitecturi. Cercetătorii au produs aproximativ 50.000 de noi structuri MOF.
„Unul dintre lucrurile unice la setul nostru a fost că ne-am uitat la simetrii de cristal mult mai diverse decât au fost analizate vreodată înainte, dar am făcut acest lucru folosind aceste blocuri care proveneau doar din MOF-uri extrem de stabile sintetizate experimental. ”, a concluzionat Kulik în comunicatul de presă.
Articol de Răzvan Lupu
