While Covalent-organic frameworks (COFs) have regarded as candidates for specific applications, the synthesizing issues of COFs with single crystallinity remain a challenge for especially 3-dimensional COFs. Herein, we have developed a screening algorithm with rational design that MOFs are utilized as substrates in order to hetero-epitaxial growth for 3D COF using computational simulation. The algorithm with bottom-up approach can predict the interface of MOF@COF at the atomic/molecular level in order to make 3D COFs the higher crystallinity. The algorithm have two main steps. The first step is super-lattices matching between distinct Miller planes of MOFs and (001) Miller plane of COFs considering the translational and rotational motion. The second step identifies the boning at the interface between MOFs and COFs. Consequently, 44 pairs of MOF@COF resulted from the algorithm can be candidates for hetero-epitaxial growth of 3-dimensional COFs on the surface of MOFs as substrates.
공유결합-유기 구조체는 여러 응용에 대한 잠재력을 갖고 있는 것으로 간주되고 있으나, 특히 3차원 공유결합-유기 구조체를 단결정 구조로 합성하는 것에 대한 어려움이 존재한다. 우리는 금속-유기 구조체를 주형으로 사용하여 3차원 공유결-유기 구조체를 합성할 수 있는 스크리닝 알고리즘을 개발했다. 그 알고리즘은 3차원 단결정의 공유결합-유기 구조체를 합성하기 위해서 원자/분자 수준에서 상향식 접근법을 통해 금속-유기 구조체@공유결합-유기 구조체의 표면을 예측한다. 그 알고리즘은 2가지 단계로 이루어져있다. 첫 번째 단계는 공유결합-유기 구조체의 (001) 밀러 평면과 여러 금속-유기 구조체의 여러 밀러 평면의 이동과 회전을 고려한 초격자 맞춤으로 이루어져있다. 두 번째 단계는 공유결합-유기 구조체와 금속-유기 구조체의 표면에서 결합을 확인한다. 최종적으로, 44개의 코어쉘 구조의 금속-유기 구조체@공유결합-유기 구조체가 에피탁시 성장을 통해서 합성될 수 있다는 것을 알고리즘을 통해서 알 수 있었다.
