[發明專利]一種金屬納米團簇結構優化方法

有效

• 申請號: 202010074048.2
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111326217B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 程道建;周營成;趙政
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C20/20;B82Y35/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

1.一種金屬納米團簇結構優化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

S1、設置待優化的金屬納米團簇尺寸和構成金屬納米團簇的金屬原子種類；

S2、以系統時間戳為隨機數種子，在半徑為R的球或邊長為R的正方體內，隨機生成規模為N的金屬納米團簇群，所述金屬納米團簇群由N個具有對稱性的金屬納米團簇構成，所述金屬納米團簇由n個金屬原子構成；

S3、排除所述金屬納米團簇群中具有相似結構的金屬納米團簇，補充新的金屬納米團簇，保證金屬納米團簇群包括有N個金屬納米團簇；

S4、通過RPSO算法中的速度更新公式更新金屬納米團簇的速度，通過RPSO算法中的坐標更新公式更新金屬納米團簇的坐標；

S5、若金屬納米團簇為雙金屬納米團簇，則先對完成速度和坐標更新的金屬納米團簇進行小概率的變異操作再轉入步驟S6；若金屬納米團簇為單金屬納米團簇則直接轉入步驟S6；

S6、使用密度泛函理論計算軟件分別對步驟S4中速度和坐標更新后的金屬納米團簇、步驟S5生成的金屬納米團簇中的金屬原子的速度和坐標進行力平衡優化計算，得到第一局部優化后的金屬納米團簇、第二局部優化后的金屬納米團簇；

S7、分別計算局部優化前的金屬納米團簇、所述第一局部優化后的金屬納米團簇和第二局部優化后的金屬納米團簇的適應度值；

S8、將適應度值較高的金屬納米團簇作為待選金屬納米團簇，得到待選金屬納米團簇的結構及能量值；

S9、判斷是否達到最大更新迭代次數，若是則轉入步驟S11，否則轉入步驟S10；

S10、將所述第一局部優化后的金屬納米團簇、所述第二局部優化后的金屬納米團簇分別根據其對應的替換概率替換金屬納米團簇群中對應的金屬納米團簇，形成新的金屬納米團簇群，并轉入步驟S3；

S11、將若干個待選金屬納米團簇進行比較，將適應度高的金屬納米團簇作為最優金屬納米團簇，輸出最優金屬納米團簇的結構及最優金屬納米團簇的能量值。

2.根據權利要求1所述的金屬納米團簇結構優化方法，其特征在于，步驟S2進一步包括：

S21、規定金屬原子生成的區域；

S22、隨機選擇一種點群；

S23、隨機生成一個金屬原子的坐標；

S24、對所述金屬原子的坐標進行對應的點群對稱操作，得到點群對稱操作后的金屬原子的坐標；

S25、判斷點群對稱操作后的金屬原子的坐標與規定區域內的金屬原子的坐標是否重合，若是，則將坐標重合的金屬原子合并后轉入步驟26；否則直接轉入步驟26；

S26、判斷規定區域內的金屬原子數是否達到預設值，若是則輸出該金屬納米團簇，否則轉入步驟S23。

3.根據權利要求1所述的金屬納米團簇結構優化方法，其特征在于，步驟S3進一步包括：

S31、分別計算各個金屬納米團簇的成鍵特征矩陣；

S32、比較各個金屬納米團簇的成鍵特征矩陣，當兩個金屬納米團簇的成鍵特征矩陣之間的歐氏距離小于預設值時，排除能量值較高的金屬納米團簇。

4.根據權利要求3所述的金屬納米團簇結構優化方法，其特征在于，

所述成鍵特征矩陣的定義如下式所示：

其中，δ_AB表示成鍵的種類，AB表示成鍵的原子，N_AB表示對應鍵的數量，為鍵序參數，為成鍵特征矩陣中的元素，θ_ij,分別為球坐標系中金屬原子i與金屬原子j之間的仰角和方位角，Y_lm為球諧函數，l是球諧函數的階數，l＝0,2,4,6,…，m＝l,l-1,…，成鍵特征矩陣的歐氏距離D_uv的定義如下式所示：