De integratie van metaal-organische raamwerken (MOF's) en andere metalen nanodeeltjes heeft in toenemende mate geleid tot de creatie van nieuwe multifunctionele materialen. Veel onderzoekers hebben MOF's geïntegreerd met andere materiaalklassen om nieuwe structuren met synergetische eigenschappen te produceren.

Ondanks dat er meer dan 70 zijn, 000 verzamelingen gesynthetiseerde MOF's die kunnen worden gebruikt als bouwstenen, de precieze aard van de interactie en de binding op het grensvlak tussen de twee materialen blijft nog onbekend. De vraag is hoe je de juiste paren uit 70, 000 MOF's.

Een algoritmische studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie door een KAIST-onderzoeksteam geeft een aanwijzing voor het vinden van de perfecte paren. Het team, onder leiding van professor Ji-Han Kim van de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering, een gezamenlijke computationele en experimentele benadering ontwikkeld om MOF@MOF's rationeel te ontwerpen, een samenstelling van MOF's waarbij een MOF op een andere MOF wordt gekweekt.

Het team van professor Kim, in samenwerking met UNIST, merkte op dat de metalen knoop van één MOF gecoördineerd kan binden met de linker van een andere MOF en dat de nauwkeurig op elkaar afgestemde interfaceconfiguraties op atomair en moleculair niveau de kans op het synthetiseren van MOF@MOF's kunnen vergroten.

Ze screenden duizenden MOF's en identificeerden optimale MOF-paren die naadloos op elkaar kunnen aansluiten door te profiteren van het feit dat de metalen knoop van de ene MOF coördinatiebindingen kan vormen met de linkers van de tweede MOF. Zes paren voorspeld op basis van het computationele algoritme groeiden met succes uit tot eenkristallen.

Deze computationele workflow kan gemakkelijk worden uitgebreid naar andere materiaalklassen en kan leiden tot de snelle verkenning van de composiet MOFs-arena voor versnelde materiaalontwikkeling. Nog meer, de workflow kan de kans op het synthetiseren van MOF@MOF's in de vorm van grote eenkristallen vergroten, en toonde daarmee het nut aan van het rationeel ontwerpen van de MOF@MOF's.

Deze studie is het eerste algoritme voor het voorspellen van de synthese van samengestelde MOF's, naar hun beste weten. Professor Kim zei:"Het aantal voorspelde paren kan nog meer toenemen met de meer algemene 2-D-rasterovereenkomst, en het is de moeite waard om het in de toekomst te onderzoeken."