由于计算机模拟，超星多孔材料变咸了 模型预测了以前难以捉摸的具有实际应用的化合物的结构。

自然新闻文章 新闻ˌ消息 2024年5月23日 由于计算机模拟，超星多孔材料变咸了 模型预测了以前难以捉摸的具有实际应用的化合物的结构。 作者:阿丽亚娜·雷梅尔

计算机模拟描绘了一种非金属有机框架材料，该材料由氯节点（绿色）和胺连接体组成，并布满大孔（黄色；灰色为碳，白色为氢，紫色为氮）。鸣谢:梅根·奥肖内西等人/Nature 被称为金属有机框架的革命性材料席卷了化学领域。它们高度多孔的结构使它们在从实验室到工厂的各种场所都很有用，这促使科学家创造了数千种品种。现在，一个团队已经利用计算机模拟设计了跳过金属、完全由有机盐制成的框架。 盐基框架的制造成本可能比金属有机框架更低，并且可能具有现有框架所缺乏的品质。模拟已经产生了基于盐的框架，可以捕获核废料中产生的污染物。 这项研究发表在5月22日的《自然》杂志上。 模块化材料 金属有机框架（MOF）由笼状模块构建而成。每个模块都由金属离子或金属簇定义，这些金属离子或金属簇充当节点，由刚性碳基连接器连接——想想建筑玩具或脚手架中的轮毂和杆。这些成分之间的空间可以容纳其他分子，因此MOFs可以用于过滤和分离化学物质。它们的模块化结构使科学家们有可能创造出90，000多种类型2，并推动了由其他材料制成的类似框架的开发。 由盐制成的框架，即通过正负电荷成分之间的离子吸引力结合在一起的化学物质，可能具有与现有多孔材料不同的物理特性。另一个好处是大多数有机盐由丰富的元素组成，因此不需要许多MOFs中发现的稀有或昂贵的金属。 但是尽管在过去三十年中多次尝试制造多孔盐晶体，它们的数量仍然很少，稳定性也比MOFs差得多。 英国南安普顿大学的化学家、最新研究的合著者格雷姆·戴说，部分原因是盐框架从本质上更难从头设计。组成盐晶体的带电粒子之间的离子键不遵循与金属有机键相同的几何规则，因此更具可变性。戴说，这意味着“几乎不可能直观地预测这些晶体的不同成分将如何组装在一起”。 模拟盐 为了应对这一挑战，英国利物浦大学的化学家安迪·库珀及其同事求助于一种叫做晶体结构预测的计算技术。他们利用这一点研究出如何用称为卤化铵的盐制造框架，其中带正电荷的连接体是含氮的胺分子，带负电荷的节点是卤素离子，如氯离子或溴离子。 作者采用该技术来模拟卤化物节点和各种类型的铵连接体之间的复杂相互作用。这使得该团队可以筛选可能的框架，以确定在实验室中尝试制作的最佳候选框架。 在这些计算的指导下，研究小组选定了名为TT、TTBT和TAPT的接头，每个接头都有三个以氮基团结尾的臂。模拟预测，这些接头将形成稳定的框架，其孔的体积根据接头的大小而变化。简单合成 研究人员在室温下，通过混合所选连接体的溶液，并一滴一滴地加入盐酸或氢溴酸来制备化合物。“一旦我们得到了预测，合成真的非常简单，”库珀说。通过一系列高分辨率测量，该团队证实了合成材料的晶体结构与模拟预测的高度稳定的多孔排列相匹配。研究人员称这种材料为非金属有机框架。 为了探索非金属有机框架的应用，研究人员测试了他们捕获碘的能力——这是一种非常理想的属性，因为核废料通常含有放射性碘。他们发现这三种材料的表现与大多数MOF一样好，如果不是更好的话。 渥太华大学的计算化学家汤姆·吴(Tom Woo)说，碘吸收实验令人信服地证明了这种材料是如何变得非常有用的，尤其是考虑到它是多么容易合成。 K.DC乔治城大学的化学家和材料科学家Travis Holman说，这些发现说明了计算预测和合成的结合具有“无与伦比”的力量。Woo和Holman都认为，这些方法为多孔盐骨架的合理设计创造了新的途径，并将加速材料的发展。doi:https://doi.org/10.1038/d41586-024-01481-y 阅读相关新闻和观点“设计师多孔固体为材料研究打开广阔的沙箱” 参考 1.《https://doi.org/10.1038/s41586-024-07353-9自然》(2024年)。 文章 谷歌学术 2.Moosavi，S. M .等人。11, 4068 (2020). 文章 PubMed 谷歌学术