金属有机框架 (MOF) 的网状化学允许生成几乎无限数量的材料,其中一些可以替代传统上在各个领域使用的多孔材料,包括气体储存和分离、催化、药物储存和输送. MOF 的数量及其潜在应用增长如此之快,以至于在合成新型 MOF 时,测试它们的所有可能应用是不切实际的。基于材料分子模拟的高通量计算筛选方法已广泛用于研究 MOF 并确定特定应用的最佳 MOF。尽管计算资源不断增加,但考虑到巨大的 MOF 材料空间,有前途的 MOF 的计算识别需要在时间和精力方面更有效的方法。利用数据驱动的科学技术可以提供关键优势,例如通过建立机器学习 (ML) 模型和解释可以超越专家直觉的复杂结构-性能关系来加速 MOF 设计和发现途径。在这篇综述中,我们介绍了推动 MOF 计算建模的关键科学突破,并讨论了从分子模拟扩展到 ML 算法的最先进方法。最后,我们对大数据驱动的 MOF 设计和发现的未来潜在机遇和挑战提出了自己的看法。利用数据驱动的科学技术可以提供关键优势,例如通过建立机器学习 (ML) 模型和解释可以超越专家直觉的复杂结构-性能关系来加速 MOF 设计和发现途径。在这篇综述中,我们介绍了推动 MOF 计算建模的关键科学突破,并讨论了从分子模拟扩展到 ML 算法的最先进方法。最后,我们对大数据驱动的 MOF 设计和发现的未来潜在机遇和挑战提出了自己的看法。利用数据驱动的科学技术可以提供关键优势,例如通过建立机器学习 (ML) 模型和解释可以超越专家直觉的复杂结构-性能关系来加速 MOF 设计和发现途径。在这篇综述中,我们介绍了推动 MOF 计算建模的关键科学突破,并讨论了从分子模拟扩展到 ML 算法的最先进方法。最后,我们对大数据驱动的 MOF 设计和发现的未来潜在机遇和挑战提出了自己的看法。我们介绍了推动 MOF 计算建模的关键科学突破,并讨论了从分子模拟扩展到 ML 算法的最先进方法。最后,我们对大数据驱动的 MOF 设计和发现的未来潜在机遇和挑战提出了自己的看法。我们介绍了推动 MOF 计算建模的关键科学突破,并讨论了从分子模拟扩展到 ML 算法的最先进方法。最后,我们对大数据驱动的 MOF 设计和发现的未来潜在机遇和挑战提出了自己的看法。
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Recent advances in computational modeling of MOFs: From molecular simulations to machine learning
The reticular chemistry of metal–organic frameworks (MOFs) allows for the generation of an almost boundless number of materials some of which can be a substitute for the traditionally used porous materials in various fields including gas storage and separation, catalysis, drug storage and delivery. The number of MOFs and their potential applications are growing so quickly that, when novel MOFs are synthesized, testing them for all possible applications is not practical. High-throughput computational screening approaches based on molecular simulations of materials have been widely used to investigate MOFs and identify the optimal MOFs for a specific application. Despite the growing computational resources, given the enormous MOF material space, computational identification of promising MOFs requires more efficient approaches in terms of time and effort. Leveraging data-driven science techniques can offer key benefits such as accelerated MOF design and discovery pathways via the establishment of machine learning (ML) models and interpretation of complex structure-performance relationships that can reach beyond expert intuition. In this review, we present key scientific breakthroughs that propelled computational modeling of MOFs and discuss the state-of-the-art approaches extending from molecular simulations to ML algorithms. Finally, we provide our perspective on the potential opportunities and challenges for the future of big data-driven MOF design and discovery.