众所周知，沸石是由水合铝硅酸盐组成的矿物群，是非常有前途的材料，可用于多种用途。例如，它们可以被用作催化剂、阳离子交换器和分子筛。

虽然过去的许多研究已经考察了这些材料的潜力，但迄今为止，在沸石合成过程中管理相的竞争已被证明是具有挑战性和劳动密集型。术语沸石合成指的是可以在实验室中创造或合成沸石的过程。

麻省理工学院（MIT）的研究人员与瓦伦西亚理工大学和斯德哥尔摩大学的研究人员合作，最近提出了一种新的策略，在模板化沸石合成过程中控制相的选择性。在《科学》杂志上发表的一篇论文中提出的这一策略，是基于对原子模拟、文献挖掘、人机互动、合成和材料表征技术的综合运用。

"我们在麻省理工学院学习物质实验室的研究集中于材料科学中的针尖对麦芒问题，几十年来，设计一种能选择性地模板给定沸石的分子一直是一个困难的组合问题，在实验室里有很多试验和错误。虽然原子模拟在历史上有帮助，但传统的方法缺少选择性的作用，因为它们一次只关注一个沸石。"进行这项研究的研究人员之一Rafael Gomez-Bombarelli解释道。

计算方法可以设计沸石空腔的模板。图片来源：Schwalbe-Koda 等人。

Gomez-Bombarelli和他的同事使用基于分子力学的高通量模拟来量化不同分子模板对他们试图创建的沸石和那些不适合特定应用的分子模板的亲和力。该团队从超过586,000次沸石-分子模拟中汲取信息，这些模拟与材料设计方面的现有文献相一致。

利用这些模拟，我们找到了最具选择性的模板，即使它们不是最强的粘合剂，由于我们在过去的一年里对快速算法进行了微调，并以几十年的文献数据为基准，我们的模拟比传统方法快了几个数量级，并使我们能够非常有效地达到大量的组合。

模拟的结果导致确定了几种可能的沸石设计，这些设计在未来有可能实现。虽然不能肯定他们确定的所有设计都是理想的，但Gomez-Bombarelli、Schwalbe-Koda及其同事的工作可以帮助缩小寻找有前途的沸石设计的范围，并加快沸石合成过程。

进行这项研究的研究人员之一Manuel Moliner说："理论通常支持沸石科学的实验，但很少引领方向。有了这些新的见解，当我们着手在实验室中制造新型材料时，我们的成功机会要高得多，在那些没有得到关注的分子中，有很多未开发的潜力，但可以释放出新颖、高效和具有成本效益的催化剂。"

对200多个已知沸石和所有文献模板的相位竞争进行了量化。模拟结果使研究人员不仅能找到适合某个框架的好分子，而且当某个分子被用于合成时，哪些框架可能会结晶。资料来源：Schwalbe-Koda等人。

这项最新研究证实，高性能的计算工具和算法可以在识别有前途的新材料方面发挥关键作用。尽管如此，研究人员坚信，在分析计算机模拟或算法的预测时，人类专家的直觉仍然是必要的。

人类是数据的最终使用者，所以我们应该尽量使它对实际应用有用。分子形状是选择性的一个很好的预测因素。我们能够创造出一种介于两种已知材料之间的新材料，方法是使用一种形状介于传统使用的分子之间的模板。

Gómez-Bombarelli、Schwalbe-Koda、Moliner和他们的同事提出的控制沸石合成和结构组成的新计算策略可能很快有助于发现新的有前途的沸石模板。这可能对几个研究领域产生重要影响，包括能源领域和应对气候变化的努力。因此，研究人员决定通过一个在线互动网站公开他们的数据。

Moliner说："未来的研究有许多令人兴奋的途径，我想到了两个具有理论和实践意义的问题。一个是定制沸石中催化口袋的组成和几何形状，并向 "无机酶 "发展。另一个是实现全新的沸石，目前仍然是纯粹的假想。通过向社区提供我们的模拟数据，我们希望其他人也能受到启发，追求新的创造性方向。"