[發明專利]基于計算機模擬可控生成缺陷網狀骨架材料模型的方法

有效

• 申請號: 202011187599.6
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112382351B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 吳穎;段海鵬;奚紅霞
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06F30/20
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 鄭浦娟

1.一種基于計算機模擬可控生成缺陷網狀骨架材料模型的方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、選擇需要的有機配體和節點類型，并在有機配體和節點的CIF結構數據集中分別標記出配體和節點連接時的對接原子；

S2、將所選的有機配體和節點進行組合，從而構建出完美網狀骨架材料模型；

S3、對于完美網狀骨架材料模型，以其晶胞為單位擴展模擬盒子大小，得到擴展后的模型，然后根據標記的對接原子，定位模型中連接有機配體的對接原子和連接節點的對接原子之間的化學鍵，并將該化學鍵刪除；

S4、在完美網狀骨架材料模型中，遍歷孤立的有機配體和節點并對應構成有機配體組和節點組，每組分別對其子集編號，并根據標記的對接原子記錄節點與有機配體的連接信息；

S5、根據目標缺陷含量和目標缺陷分布，利用有機配體的編號，以數學方式定量地指定模型中有機配體的含量和分布，并刪除多余有機配體；

S6、對于模型中剩余的有機配體，重建有機配體和相鄰的節點之間的化學鍵，對于已刪除的有機配體，在原相鄰的對應節點的懸空對接原子處補充氫原子，以維持體系電中性；

S7、識別出模型中孤立的節點，并將其刪除，最終得到具有確定缺陷含量和缺陷分布的缺陷網狀骨架材料模型。

2.根據權利要求1所述的基于計算機模擬可控生成缺陷網狀骨架材料模型的方法，其特征在于，網狀骨架材料包括但不限于MOFs、ZIFs、COFs材料。

3.根據權利要求1所述的基于計算機模擬可控生成缺陷網狀骨架材料模型的方法，其特征在于，步驟S1中，節點的類型包括金屬簇節點和有機節點。

4.根據權利要求1所述的基于計算機模擬可控生成缺陷網狀骨架材料模型的方法，其特征在于，步驟S2中，利用TOBACCO軟件組合有機配體和節點，并獲得完美網狀骨架材料模型的CIF結構數據集。

5.根據權利要求1所述的基于計算機模擬可控生成缺陷網狀骨架材料模型的方法，其特征在于，在步驟S3中，將模擬盒子擴展為晶胞的4×4×4大小。

6.根據權利要求1所述的基于計算機模擬可控生成缺陷網狀骨架材料模型的方法，其特征在于，在步驟S4中，采用近鄰列表的方式記錄節點和有機配體的連接信息，具體為：對每一個節點，記錄與之相連的有機配體的編號，按照節點編號遍歷所有節點，由此得到近鄰列表。

7.根據權利要求1所述的基于計算機模擬可控生成缺陷網狀骨架材料模型的方法，其特征在于，步驟S5的具體過程如下：

S51、把有機配體按照分配比例隨機分成A、B兩組，分配比例由目標缺陷含量決定，然后用Warren-Cowley參數定量描述B配體在網狀骨架材料中的分布：

其中，α表示Warren-Cowley參數；P^A(B)表示B配體在A配體鄰近，也即A、B配體連接同一個節點這種情況所出現的概率；x_B表示B配體占所有配體的比例；

S52、為了控制Warren-Cowley參數達到目標值，目標值由目標缺陷分布決定，采用逆向蒙特卡洛方法重新分配B配體的位置：

首先基于當前的模型，計算α的初始值；

然后隨機對調一對A、B配體的位置，A、B配體的編號保持不變，再計算一次α值，如果該α值比初始值更接近目標值，則保留這次對調操作，否則，則返回上一狀態；

如此循環迭代，直至α值與目標值的誤差小于誤差閾值，或迭代次數達到預設次數；

S53、根據B配體的編號，將B配體刪除。

8.根據權利要求1所述的基于計算機模擬可控生成缺陷網狀骨架材料模型的方法，其特征在于，步驟S6中，對于在懸空對接原子上補充的氫原子，利用Materials Studio軟件的Forcite模塊在UFF力場下優化氫原子的位置，其他原子位置保持不變。