美国的研究人员已经对金属有机框架(MOFs)如何吸附水进行了非常逼真的分子动力学模拟。牵头这项研究的加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)的弗朗西斯科·帕萨尼(Francesco Paesani)开玩笑说:“你几乎可以直接喝我们的水模型，因为它太真实了。”“你应该相信这些模拟，因为它们真的非常非常接近现实。”
大气水收集已经成为解决淡水短缺的一种潜在策略，特别是在远离海岸的地区。“拥有一种能够从大气中捕获水分的材料，即使在那些较低的湿度范围内，也可能是相当具有变革性的，”Paesani评论道。
mof的大表面积和广泛的可调谐特性使它们成为大气水收集的诱人材料。然而，以往的mof集水计算研究往往不能真实地反映实验结果。Paesani解释说:“模拟mof中水的主要挑战是水以气体的形式进入，但当它充满孔隙时，它开始发展成液体甚至冰的行为。”
现在，Paesani的团队已经展示了如何使用由该团队开发的称为MB-pol数据驱动的多体势的势能函数进行经典分子动力学模拟，可以解决这些挑战。他说，模拟报告的结果比以前的模型更接近实验值，并且可以“深入了解每个水分子进入毛孔时的行为”。
美国西北大学MOF模型专家Randall Snurr评论道:“Paesani及其同事开发的MB-pol模型与水的各种特性的实验结果非常吻合。”
Ni2F2BTDD(左)、Ni2Cl2BTDD(中)和Ni2Br2BTDD(右)中两种水分子的分子动力学模拟快照
Paesani的团队在Ni2F2BTDD (X=F, Cl, Br)上测试了该模型，这是一种很有前途的卤化物交换MOF2，“在相对湿度在20-30%之间的范围内表现出最佳性能，”Paesani说。“在这个湿度范围内，相对于MOF的质量，这种MOF能够吸附大量的水分子。”
他们发现交换Ni2X2BTDD中的卤化物原子会产生三种具有不同性质和水吸附能力的mof。在相对湿度为32%时，Ni2F2BTDD和Ni2Cl2BTDD在水中的吸附性超过其重量的100%，而在相对湿度为25%时，Ni2Br2BTDD在水中的吸附性为其重量的64%;有报道过的最好的吸水值之一。
Snurr说，特别有趣的是，研究发现“一些性质，如吸附焓，不遵循F、Cl、Br的趋势”。“从这里报道的分子水平模型来看，(研究人员)能够对这些意想不到的趋势提供有用的见解。”
Paesani相信他们的模型将影响未来对大气集水材料的研究。他解释说:“实验学家可以使用我们的数据，并确保我们所看到的完全反映了他们在实验中测量到的东西。”这将“有助于加快材料的开发，而无需经过耗时且昂贵得多的合成过程。”
