高通量计算探索 MOFs 用于短链 PFAS 的去除
材料科学
2026-03-17 v1
摘要
短链 多氟烷基取代物（PFAS）正日益取代受管制的长链 PFAS，但由于其高度持久性、可移动性以及对传统吸附剂的弱亲和力，这些物质仍然难以从水中去除。本文开发了一种混合式高通量计算筛选（HTCS）策略，以识别用于从水中选择性吸附以 4-氟丁酸（PFBA）为代表的短链 PFAS 的高性能 MOFs。该工作流程从精选的 MOF 数据集开始，采用基于经典通用力场（UFF）和通用机器学习原子势（u-MLIP）协同作用的蒙特卡洛（MC）模拟，实现了对大型 MOF 数据库进行可扩展且定量准确的吸附预测。我们对 initially 识别出的具有强 PFBA 亲和力和高 PFBA/H2O 选择性的若干 promising MOFs 采用 u-MLIP 进行重新评估，以细化吸附预测并评估 guest 诱导的框架柔性，从而排除与不利水-框架相互作用相关的材料。最终识别出四种高性能 MOFs，这些材料在强 PFBA 相互作用、对水的高 PFBA 选择性以及可持续性、水稳定性和合成可行性等实际考量之间实现了最佳平衡。本研究表明，结合经典力场与 u-MLIP 可实现可扩展、定量准确的 MOF 吸附筛选，并为针对短链 PFAS 的吸附剂设计建立了可迁移的原则。
引用
@article{arxiv.2603.15503,
title = {High-Throughput Computational Exploration of MOFs for Short-Chain PFAS Removal},
author = {Mengru Zhang and Satyanarayana Bonakala and Taku Watanabe and Karim Hamzaoui and Guillaume Maurin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.15503},
year = {2026}
}