Force fields for metal-organic frameworks are widely used for classical mechanics as they can be utilized to get many chemical properties. Although some force fields were developed to be applied universally, deviations from the genuine values still occur when we use these fields in uncommon systems. To deal with this problem, developing a new force field using quantum mechanics is required. However, this method is often undesirable in that the computational cost for DFT calculations increases dramatically as the size of a system increases. Therefore, we decided to devise a method to reduce gratuitous calculations; finding transferability from a smaller polymorph of MOF to the original one. With compatibility, one might develop a force field in a smaller system and use it at a lower cost.
In this research, we have developed force fields for a small polymorph of MOF-177. It was accomplished by adjusting force field parameters so that binding energies from classical calculation could match the values from the quantum calculation. Then, by checking whether the new force field can reproduce the accurate chemical properties in the original MOF-177, we figured out that force fields are transferable in polymorphs of MOF-177. In addition, as the efficiency of the new force field enhanced regardless of charges, we can conclude that transferability is noticeable in diversely charged systems.
금속-유기 구조체가 다공성 물질 분야에서 부상하면서, 이들을 이용한 화학적 계산의 필요성이 대두되고 있다. 특히, 적은 비용으로 비교적 정확한 결과를 낼 수 있는 고전 역학적 계산이 주목받고 있으며, 여러 구조체를 잘 모사할 수 있는 보편적인 역장 또한 개발되었다. 그러나 다양한 구성 요소의 조합으로 이루어진다는 금속-유기 구조체의 특성상, 공통 역장을 적용할 수 없는 상황이 종종 발생한다. 이 경우에는 미시 계산을 통하여 목적 구조체만을 위한 역장을 새로 유도해내야 하는데, 크기가 커질수록 방대한 시간이 들어 비효율적이다. 따라서 본 학위논문에서는 다형체를 활용함으로써 역장 개발에 드는 비용을 획기적으로 줄이는 방안을 고안해낸다. 구체적으로, 특정 금속-유기 구조체(MOF-177)의 작은 다형체를 선별한 뒤 그에 맞는 역장을 개발하고, 이를 본래의 거대한 구조체에 적용하여 화학적 특성의 모사 정확도를 확인함으로써 다형체 간 역장의 호환 가능성을 보이고자 한다.
