Molecular Simulation Study of the Adsorption and Diffusion Properties of Glyphosate in Various Metal-Organic Frameworks.
Langmuir · 2025 · 41:28959-28966 · PMID 41122774 · 등급6 세포·모델 모델링연구 · 환경과 생태 > 토양 거동 · 사람
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점증하는 글리포세이트 오염은 인간 및 환경 안전에 심각한 위협을 제기하고 있으며, 금속유기골격체(MOFs)는 그 독특한 구조적 특성으로 인해 유망한 흡착제로 간주된다. 분자 시뮬레이션 연구는 후보 물질을 신속하게 식별하고 흡착제와 표적 화합물 간의 상호작용 메커니즘을 분자 수준에서 규명하는 방법을 제공한다. 본 연구에서는 MIL-101(Cr), MIL-100(Cr), Cu-BTC, DUT-23(Cu), UiO-66 및 IRMOF-3를 포함한 6가지 MOFs에 대한 글리포세이트의 흡착 용량과 확산 거동을 평가하기 위해 대정준 몬테카를로(GCMC), 분자 동역학(MD) 및 밀도 범함수 이론(DFT)을 사용하였다. 시뮬레이션 결과, MIL-101(Cr)가 글리포세이트에 대해 가장 높은 흡착 능력과 확산 계수를 보였으며, UiO-66은 가장 낮은 흡착 능력을 나타냈다. DFT 분석은 또한 가장 안정한 결합 구조가 글리포세이트와 크롬(Cr) 금속 중심 간의 안정적인 착물 형성임을 입증하였고, 이는 흡착 효율을 크게 향상시켰다. 성능 최적화를 위해 MIL-101(Cr)을 알루미늄(Al), 철(Fe), 그리고 바나듐(V)으로 치환하여 변형하였다. 그 결과는 MIL-101(M)의 금속 양이온을 변경하는 것이 글리포세이트 흡착 및 확산 특성에 직접적인 영향을 미치며, MIL-101(Al)이 가장 효과적인 흡착제로 부상했음을 나타냈다. 본 연구는 고성능 글리포세이트 흡착제를 선별하기 위한 새로운 분자 시뮬레이션 기반 전략을 제공하며, 향후 흡착제 설계에 중요한 통찰력을 제공한다.ORIGINAL ABSTRACT
The increasingly severe glyphosate pollution poses a serious threat to human and environmental safety, and Metal-organic frameworks (MOFs) are regarded as promising adsorbents due to their unique structure properties. Molecular simulation studies provide a rapid method for identifying candidate materials and elucidating the interaction mechanisms between adsorbents and target compounds at the molecular level. In this study, Grand Canonical Monte Carlo (GCMC), Molecular Dynamics (MD), and Density Functional Theory (DFT) were employed to evaluate the adsorption capacity and diffusion behavior of glyphosate in six MOFs, including MIL-101(Cr), MIL-100(Cr), Cu-BTC, DUT-23(Cu), UiO-66 and IRMOF-3. The simulation results indicate that MIL-101(Cr) exhibits the highest adsorption capability and diffusion coefficient for glyphosate, while UiO-66 shows the lowest adsorption capability. DFT analysis further demonstrated that the most stable binding configuration involves the formation of stable complexes between glyphosate and the chromium (Cr) metal center, which significantly enhances adsorption efficiency. To optimize performance, MIL-101(Cr) was modified by substituting Cr with aluminum (Al), iron (Fe), and vanadium(V). Results indicate that altering the metal cation in MIL-101(M) directly influences glyphosate adsorption and diffusion properties, with MIL-101(Al) emerging as the most effective adsorbent. This study provides a novel molecular simulation-based strategy for screening high-performance glyphosate adsorbents, offering critical insights for future adsorbent design.| 저자 | Xu, Z.; Hou, S.; Qian, Y.; Yan, Z. |
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| 저널 | Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids |
| 권·호·쪽 | 41(43), 28959-28966 |
| PMID | 41122774 |
| DOI | 10.1021/acs.langmuir.5c02482 |