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Rational design of hydrophobic MOFs for energy applications

Descripción del proyecto

Un modelo de aprendizaje automático para diseñar marcos organometálicos a medida

Los marcos organometálicos (MOMo MOF, por sus siglas en inglés) son materiales versátiles con estructuras nanoporosas, útiles en campos como la catálisis, el almacenamiento de gases y los dispositivos energéticos. La posibilidad de ajustar de forma precisa las propiedades de sus cavidades ha ampliado considerablemente las aplicaciones de estos materiales, sobre todo los MOM hidrófobos, que emplean ciclos de presión para mover agua dentro y fuera de sus poros. El proceso de intrusión y extrusión de líquidos ofrece posibilidades interesantes para el almacenamiento de energía y la absorción de impactos, aunque es muy complejo debido al comportamiento inestable del agua dentro de las cavidades. En el proyecto HydroMOF, que cuenta con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie, se abordará la necesidad de ejecutar costosas simulaciones mediante el desarrollo de WetNet: un modelo de aprendizaje automático que predice el comportamiento del agua en MOM. Este modelo favorecerá el diseño de materiales eficientes y posibilitará nuevas oportunidades para estudiar el agua nanoconfinada.

Objetivo

Metal Organic Frameworks (MOFs) represent a class of nanoporous materials that is propelling groundbreaking innovation in fields that include catalysis, gas capture and storage. The success of MOFs hinges on the possibility to tailor, based on technological demand, the properties of their cavities, with a versatility that results from the combinatorial variety of their modular, molecularly-precise structures. Recently hydrophobic MOFs are becoming increasingly popular in energy devices that exploit pressure cycles to force water to intrude and extrude the material’s cavities. Different MOFs display different Intrusion/Extrusion (IE) behaviors enabling a variety of applications that range from mechanical energy storage to vibration damping and impact absorption. IE of liquids, unlike gas adsorption, is a complex phenomenon associated to the cavity-by-cavity motion of a liquid front determined by the metastability of wet and dry cavities, a datum that is only accessible via expensive molecular simulations. This vast complexity has so far prevented a first-principle design of IE materials, with only a handful of MOFs currently being exploited for IE. Addressing these challenges HydroMOF sets to enable the rational design of IE MOFs. This is achieved first via the creation of WetNet, a physically-informed machine learning model able to predict the stability of water inside the cavities of database MOFs. Circumventing the need for case-by-case free energy simulations WetNet enables the screening of thousands of MOFs yielding designs tailored around specific applications. At a later stage molecular insight will inform original lattice models able to simulate actual IE cycles through realistic MOF cavity networks, unprecedentedly encompassing non-equilibrium, finite-size and disorder-related effects. Through these advances HydroMOF’s impact extends beyond IE, opening new avenues in the design of liquid+reticular material devices and in the study of nanoconfined water.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-TMA-MSCA-PF-GF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - Global Fellowships

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinador

UNIVERSITA DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA
Aportación neta de la UEn
€ 388 940,52
Coste total
Sin datos

Socios (1)