Metal-organic frameworks are known to contain several types of defects within their crystalline structures. These defects are capable of inducing drastic changes to material properties, and successful engineering of these defects can significantly enhance the material performance. High-throughput computational screening of an experimental MOF database was conducted to identify 13 MOFs that show significantly improved methane storage capabilities with the introduction of linker vacancy defects. The candidates were identified by detecting the presence of methane inaccessible pores blocked away from the main adsorption channels. Then linker vacancy defects were emulated by exchanging the linker with appropriate modulators or solvents that would be used experimentally, which resulted in the connection and utilization of the previously inaccessible pores. Gas adsorption simulations of the defective MOFs showed significant enhancements in methane uptake, showing that rational defect engineering can be a novel and effective method to improve the performance of synthesized MOFs.
나노 다공성 물질인 금속 유기 구조체는 결정을 통해 형성되는 물질이지만 여느 결정체 물질과 같이 완벽한 결정성을 띄지 못하며, 여러 종류의 결함을 가지게 된다. 이러한 결함들은 금속 유기 구조체의 최종적 특성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 계산기법을 활용한 금속 유기 구조체의 대량 스크리닝을 통하여 리간드 공공결함의 의도적인 도입을 통해 메테인 가스의 흡착량 증진을 보일 수 있는 금속 유기 구조체를 선별하고자 한다. 스크리닝 과정에서는 금속 유기 구조체 내부에 메테인 가스가 접근할 수 없는 고립된 공극이 존재하는지를 먼저 판별하게 되고, 상당한 양의 고립공극을 가진 구조체를 선별 한 후, 소량의 리간드 공공결함을 구조 내부에 도입하였을 시의 메테인 흡착량 변화를 측정하게 된다. 선별된 구조체들은 매우 소량의 리간드 공공결함이 도입되었음에도 불구하고 상당한 메테인 가스의 흡착량 증진을 보이며, 이는 결함공학을 통하여 금속 유기 구조체의 성능 극대화가 가능하다는 것을 보여준다.
