Machine learning aided high-throughput prediction of ionic liquid@MOF composites for membrane-based CO2 capture

离子液体 材料科学 金属有机骨架 选择性 制作 巴勒 复合材料 计算机科学 磁导率 化学 催化作用 有机化学 医学 生物化学 替代医学 病理 吸附
作者
Zhengqing Zhang,Xiaohao Cao,Chenxu Geng,Yuxiu Sun,Yanjing He,Zhihua Qiao,Chongli Zhong
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:650: 120399-120399 被引量:74
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.120399
摘要

Ionic liquid encapsulated metal-organic framework ([email protected]) composites as promising filler used for mixed matrix membranes (MMMs) fabrication to break the trade-off limitation. However, discovering appropriate [email protected] composites effectively and cost-efficiently still faces a great challenge. In this study, we first construct the filler database consisting of 8167 [email protected] composites by inserting [NH2-Pmim][Tf2N] molecule into computation-ready, experimental metal-organic frameworks (CoRE MOFs). Using molecular simulation, we identified the best [email protected] composites based on different metrics and revealed gas separation mechanism. Working with RF model (R2 > 0.72), we uncover that the AV and gASA are key factors in predicting the membrane selectivity and CO2 permeability, respectively. The [NH2-Pmim][Tf2N]@ZIF-67 predicted can be as one of candidates for MMMs fabrication. The experimental results show that CO2 permeability (9536 Barrer) and CO2/N2 selectivity (31.1) of [NH2-Pmim][Tf2N]@ZIF-67/PIM-1 have 121.3% (37.6%) and 32.6% (38.8%) enhancements compared with unfilled PIM-1 (ZIF-67/PIM-1), surpassing the updated CO2/N2 Jansen/McKeown upper bound. Our computational study could offer effective prediction and may trigger experimental efforts to accelerate development of novel [email protected] composites used for fabricating MMMs with excellent performance.
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