L'integrazione di strutture metallo-organiche (MOF) e altre nanoparticelle metalliche ha portato sempre più alla creazione di nuovi materiali multifunzionali. Molti ricercatori hanno integrato MOF con altre classi di materiali per produrre nuove strutture con proprietà sinergiche.

Nonostante siano più di 70, 000 raccolte di MOF sintetizzati che possono essere utilizzati come elementi costitutivi, la natura precisa dell'interazione e del legame all'interfaccia tra i due materiali rimane ancora sconosciuta. La domanda è come ordinare le coppie corrispondenti giuste su 70, 000 MOF.

Uno studio algoritmico pubblicato su Comunicazioni sulla natura da un team di ricerca KAIST presenta un indizio per trovare le coppie perfette. Il gruppo, guidato dal professor Ji-Han Kim del Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare, sviluppato un approccio computazionale e sperimentale congiunto per progettare razionalmente MOF@MOF, un composto di MOF in cui un MOF viene coltivato su un MOF diverso.

La squadra del professor Kim, in collaborazione con UNIST, ha notato che il nodo metallico di un MOF può legarsi in modo coordinato con il linker di un diverso MOF e le configurazioni di interfaccia abbinate con precisione a livello atomico e molecolare possono aumentare la probabilità di sintetizzare MOF@MOF.

Hanno esaminato migliaia di MOF e identificato coppie MOF ottimali che possono connettersi perfettamente tra loro sfruttando il fatto che il nodo metallico di un MOF può formare legami di coordinazione con i linker del secondo MOF. Sei coppie previste dall'algoritmo di calcolo sono cresciute con successo in singoli cristalli.

Questo flusso di lavoro computazionale può estendersi facilmente ad altre classi di materiali e può portare alla rapida esplorazione dell'arena dei MOF compositi per lo sviluppo accelerato dei materiali. Ancora di più, il flusso di lavoro può aumentare la probabilità di sintetizzare MOF@MOF sotto forma di grandi cristalli singoli, e quindi ha dimostrato l'utilità di progettare razionalmente i MOF@MOF.

Questo studio è il primo algoritmo per predire la sintesi di MOF compositi, al meglio delle loro conoscenze. Il professor Kim ha detto, "Il numero di coppie previste può aumentare ancora di più con il più generale abbinamento reticolare 2-D, e vale la pena indagare in futuro".