利物浦大学和南安普顿大学的研究人员利用计算设计方法开发了非金属有机多孔框架材料，在催化、水捕获或储氢等领域具有潜在的应用。

在《自然》杂志上发表的一项研究中，研究团队使用廉价且丰富的非金属元素(例如氯离子)来设计非金属有机多孔框架(N-MOF)。

这些新材料提供了金属有机框架(MOF)的替代品，金属有机框架是一类多孔晶体材料，由通过有机连接化合物连接的金属组成。

目前已发现超过 95,000 种 MOF，在催化、气体分离和储能等领域具有广泛的应用。

新型无金属多孔骨架材料尚未得到充分开发，但已在碘捕获方面显示出初步前景，这对核工业至关重要。其他应用领域可能包括质子传导、催化、水捕获和氢储存。

研究小组认为，未来可以将该策略扩展到有机连接体通过由氮、氧、硫等其他常见非金属元素组成的离子连接的材料。

该研究利用了利物浦大学在发现新材料和机器人技术方面的互补专业知识以及南安普顿大学的计算建模专业知识。

利物浦大学化学系和材料创新工厂的安德鲁·库珀教授说：“这项工作开辟了一系列可能性。我们的方法使用非金属阴离子作为节点来构建框架，而不是在 MOF 中使用金属阳离子。可用的阴离子比元素周期表中的金属还要多，因此寻找新材料的空间巨大。”

然而，存在一个长期存在的问题：MOF 中的金属节点指导框架结构，就像脚手架中的接头一样。这些接头具有可预测的几何形状，使得 MOF 能够针对特定应用进行设计。这种“分子乐高”方法不适用于非金属盐，因为相互作用的方向性要差得多。

南安普顿大学化学学院的格雷姆·戴 (Graeme Day) 教授表示：“我们使用一种称为晶体结构预测的计算方法来指导这些材料的发现。

“这使我们能够预测哪些非金属盐将形成稳定的多孔框架，哪些盐不会，并在实验工作之前预测精确的晶体结构。我们不必假设关节中的特定几何形状。框架，这是 MOF 化学的基本原理。”

该研究是一个更广泛的研究项目的一部分，该项目旨在通过结合计算预测、人工智能和机器人等新兴技术来重新定义我们发现新材料的方式。