Figure :Un exemple de MOF@MOFs synthétisé de manière rationnelle (cubic HKUST-1@MOF-5 ). Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
L'intégration de structures métallo-organiques (MOF) et d'autres nanoparticules métalliques a conduit de plus en plus à la création de nouveaux matériaux multifonctionnels. De nombreux chercheurs ont intégré les MOF à d'autres classes de matériaux pour produire de nouvelles structures aux propriétés synergiques.
Bien qu'il y en ait plus de 70, 000 collections de MOFs synthétisés pouvant servir de briques élémentaires, la nature précise de l'interaction et de la liaison à l'interface entre les deux matériaux reste encore inconnue. La question est de savoir comment trier les bonnes paires correspondantes sur 70, 000 MOF.
Une étude algorithmique publiée dans Communication Nature par une équipe de recherche KAIST présente un indice pour trouver les paires parfaites. L'équipe, dirigé par le professeur Ji-Han Kim du Département de génie chimique et biomoléculaire, développé une approche informatique et expérimentale conjointe pour concevoir rationnellement les MOF@MOFs, un composite de MOF où un MOF est cultivé sur un MOF différent.
L'équipe du professeur Kim, en collaboration avec UNIST, a noté que le nœud métallique d'un MOF peut se lier de manière coordonnée avec le lieur d'un MOF différent et que les configurations d'interface précisément adaptées aux niveaux atomique et moléculaire peuvent augmenter la probabilité de synthétiser MOF@MOF.
Ils ont passé au crible des milliers de MOF et identifié des paires de MOF optimales qui peuvent se connecter de manière transparente les unes aux autres en tirant parti du fait que le nœud métallique d'un MOF peut former des liaisons de coordination avec les lieurs du second MOF. Six paires prédites à partir de l'algorithme de calcul se sont développées avec succès en monocristaux.
Ce flux de travail informatique peut facilement s'étendre à d'autres classes de matériaux et peut conduire à l'exploration rapide de l'arène des MOF composites pour le développement accéléré de matériaux. Encore plus, le flux de travail peut augmenter la probabilité de synthétiser des MOF@MOF sous la forme de gros monocristaux, et a ainsi démontré l'utilité de concevoir rationnellement les MOF@MOF.
Cette étude est le premier algorithme de prédiction de la synthèse de MOF composites, au meilleur de leur connaissance. Le professeur Kim a dit :"Le nombre de paires prédites peut augmenter encore plus avec l'appariement de réseau 2D plus général, et cela vaut la peine d'être étudié à l'avenir."