Evaluation of Semiempirical Quantum Mechanical Methods for Zr‐Based Metal–Organic Framework Catalysts

纳米团簇 金属有机骨架 密度泛函理论 催化作用 材料科学 多相催化 混合功能 量子 纳米技术 计算化学 化学物理 化学 物理化学 物理 有机化学 量子力学 吸附
作者
Thanh-Hiep Thi Le,Pablo Gómez-Orellana,Manuel Á. Ortuño
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
卷期号:26 (8): e202400588-e202400588 被引量:4
标识
DOI:10.1002/cphc.202400588
摘要

Zr-based metal-organic frameworks (MOFs) are typically employed in heterogeneous catalysis due to their porosity, chemical and thermal stability, and well-defined active sites. Density functional theory (DFT) is the workhorse to compute their electronic structure; however, it becomes very costly when dealing with reaction mechanisms involving large unit cells and vast configurational spaces. Semiempirical quantum mechanical (SQM) methods appear as an alternative approach to simulate such chemical systems at low computational cost, but their feasibility to model catalysis with MOFs is still unexplored. Thus, here we present a benchmark study on UiO-66 to evaluate the performance of SQM methods (PM6, PM7, GFN1-xTB, GFN2-xTB) against hybrid DFT (M06). We evaluate defective nodes, ligand exchange reactions, barrier heights, and host-guest interactions with metal nanoclusters. Despite some caveats, GFN1-xTB on properly constrained models is the best SQM method across all studied properties. Under proper supervision, this protocol holds promise for application in exploratory high-throughput screenings of Zr-based MOF catalysts, subject to further refinement with more accurate methods.
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