金属有机框架材料优化水处理：三氯生吸附能力的计算预测与机制研究

本综述通过蒙特卡洛（MC）模拟筛选570种孔径大于12.0??的金属有机框架（MOF），系统评估其对三氯生（TCS）的吸附性能与膜分离潜力。研究发现31种MOF的吸附容量超越现有先进吸附剂，67种适用于反渗透（RO）膜分离，并通过分子动力学（MD）模拟揭示宿主-客体相互作用机制，为高效水污染治理提供理论依据与材料设计策略。

　　

Computational method

Materials Studio软件用于运行所有模拟。我们采用来自CoRE MOF 2019数据库的MOF结构文件（CIF），该数据库包含超过14,000种MOF。聚焦于孔径尺寸，我们从数据库中筛选出最大空腔直径（LCD）值介于12.0??至72.0??的MOF。这些MOF为容纳直径约10.5??的三氯生（TCS）分子提供了足够空间，最终获得570种MOF结构。

MC simulation

最大空腔直径（LCD）定义了可进入材料最大空腔的分子尺寸上限。然而，若LCD小于TCS的尺寸（最大尺寸为10.5?×?5.43??），TCS分子可能无法与MOF发生相互作用。我们的蒙特卡洛（MC）模拟表明，所有研究的570种MOF均表现出TCS吸附能力，因其空腔直径均超过TCS的动力学直径。MOF中较大的孔道可增强吸附容量，促进TCS分子的高效捕获与释放。

Conclusions

为识别具有高TCS吸附能力的MOF，我们采用蒙特卡洛（MC）模拟计算了570种候选MOF的负载容量与等量吸附热。该计算筛选方法的结果证明了其在发掘高效TCS吸附MOF方面的有效性与效率。这一策略加速了可用于去除、膜分离及控制释放的TCS吸附材料的发现。MOF的结构特性，如LCD和孔限直径（PLD），与吸附性能显著相关，为后续材料设计与应用提供了关键指导。