A generative artificial intelligence framework based on a molecular diffusion model for the design of metal-organic frameworks for carbon capture

金属有机骨架 吸附 计算机科学 材料科学 拓扑(电路) 纳米技术 化学 数学 有机化学 组合数学
作者
Hyun Park,Xiaoli Yan,Ruijie Zhu,E. A. Huerta,Santanu Chaudhuri,Donny Cooper,Ian Foster,Emad Tajkhorshid
出处
期刊:Communications chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:7 (1) 被引量:14
标识
DOI:10.1038/s42004-023-01090-2
摘要

Abstract Metal-organic frameworks (MOFs) exhibit great promise for CO 2 capture. However, finding the best performing materials poses computational and experimental grand challenges in view of the vast chemical space of potential building blocks. Here, we introduce GHP-MOFassemble, a generative artificial intelligence (AI), high performance framework for the rational and accelerated design of MOFs with high CO 2 adsorption capacity and synthesizable linkers. GHP-MOFassemble generates novel linkers, assembled with one of three pre-selected metal nodes (Cu paddlewheel, Zn paddlewheel, Zn tetramer) into MOFs in a primitive cubic topology. GHP-MOFassemble screens and validates AI-generated MOFs for uniqueness, synthesizability, structural validity, uses molecular dynamics simulations to study their stability and chemical consistency, and crystal graph neural networks and Grand Canonical Monte Carlo simulations to quantify their CO 2 adsorption capacities. We present the top six AI-generated MOFs with CO 2 capacities greater than 2m mol g −1 , i.e., higher than 96.9% of structures in the hypothetical MOF dataset.
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