مهندسی شیمی ایران

مهندسی شیمی ایران

پیش‌بینی پایداری هیدرولیتی چارچوب‌های فلزی-آلی با کمک یادگیری ماشین از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
گروه فیزیک، مرکز تحقیقات مواد و انرژی، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران
10.22034/ijche.2026.573439.1582
چکیده
پایداری آبی چارچوب‌های فلزی-آلی (MOF) چالش اصلی کاربرد صنعتی آن‌هاست. این پژوهش رویکردی ترکیبی از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی با میدان نیروی واکنشی (ReaxFF-MD) و یادگیری ماشین برای پیش‌بینی پایداری هیدرولیتی ارائه می‌دهد. شبیه‌سازی برای شش ساختار MOF در شش سطح رطوبتی، ۱۲ نمونه تولید کرد. ناپایداری بر اساس کاهش برگشت‌ناپذیر به مدت ≥۵۰ پیکوثانیه در پیوندهای فلز-لیگاند یا حجم سلول تعریف شد. دو ویژگی واریانس آنتالپی (σH²) و نرخ تغییر انرژی پتانسیل (rE) از ۲۰۰ پیکوثانیه اول استخراج و ویژگی ΔV برای جلوگیری از نشت داده حذف گردید. مدل رگرسیون لجستیک با بهینه‌سازی هیپرپارامترها و اعتبارسنجی LOMOO-CV به دقت ۹۴٪، ضریب همبستگی متیوز ۰.۸۵ و سطح زیر منحنی راک 96/0 دست یافت. به دلیل حجم محدود داده، نتایج به عنوان اثبات مفهوم گزارش و بازه اطمینان ۹۵٪ با بوتاسترپ محاسبه شد. یافته‌ها نشان می‌دهد ویژگی‌های دینامیکی قدرت پیش‌بینی بالاتری نسبت به ویژگی‌های ایستا دارند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Machine Learning-Assisted Prediction of MOF Hydrolytic Stability from Reactive Molecular Dynamics Simulations

نویسنده English

Hoda Ghavaminia
1. Department of Physics, Materials and Energy Research Center, Dez. C., Islamic Azad University, Dezful, Iran
چکیده English

Aqueous stability of metal-organic frameworks (MOFs) remains a major challenge for their industrial application. This study presents a hybrid approach combining reactive molecular dynamics (ReaxFF-MD) and machine learning to predict hydrolytic stability. Simulations for six MOF structures at six humidity levels generated 12 samples. Instability was defined as irreversible reduction in metal-ligand bonds or cell volume lasting ≥50 picoseconds. Two dynamic features, enthalpy variance (σH²) and potential energy change rate (rE), were extracted from the initial 200 picoseconds, while ΔV was removed to prevent data leakage. The logistic regression model, with hyperparameter optimization and LOMOO-CV validation, achieved 94% accuracy, Matthews correlation coefficient of 0.85, and ROC-AUC of 0.96. Due to limited data, results are reported as proof-of-concept with 95% confidence intervals via bootstrapping. Findings demonstrate that dynamic features have significantly higher predictive power for MOF water stability than static features.

کلیدواژه‌ها English

: Metal-Organic Framework
Aqueous Stability
Molecular Dynamics
Reactive Force Field
Machine Learning

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 10 تیر 1405