Machine Learned Potential for High-Throughput Phonon Calculations of Metal-Organic Frameworks

金属有机骨架 吞吐量 声子 材料科学 纳米技术 计算机科学 化学 物理 凝聚态物理 物理化学 电信 吸附 无线
作者
Alin M. Elena,P.S. Kamath,Théo Jaffrelot Inizan,Andrew Rosen,Federica Zanca,Kristin A. Persson
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2412.02877
摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) are highly porous and versatile materials studied extensively for applications such as carbon capture and water harvesting. However, computing phonon-mediated properties in MOFs, like thermal expansion and mechanical stability, remains challenging due to the large number of atoms per unit cell, making traditional Density Functional Theory (DFT) methods impractical for high-throughput screening. Recent advances in machine learning potentials have led to foundation atomistic models, such as MACE-MP-0, that accurately predict equilibrium structures but struggle with phonon properties of MOFs. In this work, we developed a workflow for computing phonons in MOFs within the quasi-harmonic approximation with a fine-tuned MACE model, MACE-MP-MOF0. The model was trained on a curated dataset of 127 representative and diverse MOFs. The fine-tuned MACE-MP-MOF0 improves the accuracy of phonon density of states and corrects the imaginary phonon modes of MACE-MP-0, enabling high-throughput phonon calculations with state-of-the-art precision. The model successfully predicts thermal expansion and bulk moduli in agreement with DFT and experimental data for several well-known MOFs. These results highlight the potential of MACE-MP-MOF0 in guiding MOF design for applications in energy storage and thermoelectrics.

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