Modellizzazione molecolare di strutture metallo-organiche
Composte da reti 3D e periodiche di metalli, cluster metallici o cluster di ossido di metallo tenuti insieme da elementi organici, le strutture metallo-organiche (MOF) esibiscono una vasta gamma di proprietà uniche. Non è una sorpresa se i MOF trovano applicazioni che spaziano dallo stoccaggio di gas e la catalisi, ai sistemi fotovoltaici e alla somministrazione di farmaci. La gamma di componenti disponibili per la sintesi di tali strutture complesse è, tuttavia, così vasta, che risulta difficile prevedere quale MOF vanti le proprietà desiderate in relazione ad applicazioni specifiche. L’utilizzo di un campo di forza generico derivato, per molecole come le proteine e gli idrocarburi, offre un mezzo rapido per lo screening delle composizioni relative ai materiali. Grazie ai finanziamenti dell’UE, il progetto GA MOF (An optimised genetic algorithm to computationally predict a metal-organic framework to separate helium from methane) è stato avviato per ottenere miglioramenti circa il campo di forza universale (UFF) esistente. Lo scopo riguarda l’estensione dell’UFF al fine di descrivere le strutture MOF con precisione e quindi essere d’aiuto alla loro organizzazione razionale. Gli scienziati GA MOF hanno esteso l’insieme di parametri UFF originali per includere metalli di transizione quali Zn, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti, Sc e Al. Le geometrie di riferimento, utilizzate nella derivazione relativa ai parametri di campo di forza dei nuovi tipi di atomo, così come appaiono nei cluster metallici inorganici, sono state ottenute mediante dati sperimentali o calcoli teorici in funzione della densità. Il nuovo campo di forza è stato nominato UFF4MOF ed è collegato con il generatore Autografs (Automated Topological Generator for Framework Structures) per la costruzione di strutture MOF partendo da particelle elementari arbitrarie. Entro il termine del progetto GA MOF, il database Autografs ha incluso 68 diverse topologie, 28 connettori e 83 leganti. Insieme alle informazioni sulle molecole delle particelle elementari estratte dai MOF più comuni, si possono costruire oltre 10 000 diverse strutture a telaio. Il software Autografs è stato rilasciato come open source e può essere scaricato qui. Il team del progetto GA MOF ha già negoziato, con un partner industriale, la possibilità di avere un software di supporto in grado di aiutare i ricercatori nella costruzione di strutture a telaio aventi un collegamento diretto con il proprio lavoro.
Parole chiave
Modellazione molecolare, strutture metallo-organiche, campo di forza, strutture a telaio, Autografs
