HydroMOF - Rational design of hydrophobic MOFs for energy applications

ID Call: HORIZON-MSCA-2024-PF-01 MSCA Postdoctoral Fellowships

Ruolo di Sapienza nel progetto: Host Institution

Supervisor: Alberto Giacomello

Fellow: Antonio Tinti

Dipartimento: Ingegneria Meccanica e Aerospaziale

Data inizio progetto: 01/04/2026

Data fine progetto: 31/03/2029

Abstract del progetto:

I Reticoli Metallo-Organici (Metal Organic Framework, MOFs) rappresentano una classe di materiali nanoporosi al centro dell' attuale innovazione in campi quali la catalisi o la cattura e lo stoccaggio di gas. Il successo dei MOF deriva dalla possibilità di personalizzare, secondo le esigenze tecnologiche, le proprietà delle loro cavità, grazie alla versatilità ottenuta dalla varietà combinatoria delle loro strutture modulari e molecolarmente precise. Recentemente, i MOF idrofobici stanno diventando sempre più popolari nei dispositivi energetici che sfruttano cicli di pressione per forzare l'intrusione e l'estrusione di acqua nelle cavità dei materiali stessi. Diversi MOF mostrano comportamenti di Intrusione/Estrusione (IE) diversi, consentendo svariate applicazioni che spaziano dallo stoccaggio di energia meccanica fino allo smorzamento delle vibrazioni e all'assorbimento degli impatti. Rispetto all' adsorbimento di gas, l’IE dei liquidi è un fenomeno maggiormente complesso, a in quanto è associato al movimento di fronte liquido, determinato dalla metastabilità del liquido all'interno delle cavità del materiale: un dato accessibile esclusivamente attraverso costose simulazioni molecolari. Questa grande complessità ha finora impedito la progettazione di materiali IE basata su principi primi, e solo una manciata di MOF sono attualmente sfruttati in questo senso. Il progetto HydroMOF affronta queste sfide mirando alla progettazione razionale di MOF per IE. Ciò viene realizzato inizialmente tramite la creazione di WetNet, un modello di machine learning basato su principi fisici, capace di predire la stabilità dell’acqua nelle cavità di MOF presenti in database. Evitando la necessità di simulazioni caso per caso, WetNet consentirà lo screening di migliaia di MOF, fornendo design ottimizzati per specifiche applicazioni. In una seconda fase, queste conoscenze molecolari guideranno la creazione di originali modelli su reticolo in grado di simulare cicli IE attraverso reti realistiche di cavità nei MOF, comprendendo effetti finora inesplorati di non-equilibrio, taglia finita e disordine. Attraverso questi progressi, l’impatto di HydroMOF si estenderà oltre l’IE, aprendo nuove prospettive nella progettazione di sistemi basati sull'interazione tra liquidi e materiali reticolari e nello studio delle proprietà ed applicazioni dell' acqua nanoconfinata.