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COFs材料配体将有望满足高通量计算材料设计与筛选的需求
点击次数:282 发布时间:2021-03-28
   科学技术的革新和经济社会的发展越来越依赖于新材料的进步,其中COFs材料配体为由有机单体通过强共价键相互连接而形成的一类新型晶态多孔聚合物材料,近年来在诸多潜在应用领域开始崭露头角。当前,材料基因组计划(MGI)正以一种崭新的材料研发模式,其中一个重要的挑战在于融合高通量计算技术,基于材料基因组学理念构筑出具有丰富拓扑类型和孔道化学性质的庞大结构空间,以用于识别优质的可能材料,为实验研究人员提供理论指导,进而达到提高新材料研发效率和降低人力物力成本的目标。
  该材料基因组学构筑方法可高效率地组装出COF结构,满足高通量计算材料设计与筛选的需求,促进COFs材料配体新结构的定向合成。
  该工作中材料基因组学研究思路的第①步是建立用于COF结构构筑的基因库。MOFs通常采用有机配体和金属盐溶液进行合成,其中即使采用相同的两者,最终所合成材料的次级无机结构单元类型取决于反应合成条件,很难提前进行预测。与此不同,COF合成是基于有机单体(或分子)的缩聚反应,并且单体的原始构象基本上仍会保持在所得材料结构中。考虑到这一特征,该工作提出一个命名为“遗传结构单元”(GSUs)的材料基因概念,它是通过模仿COF材料自然生长过程,衍生得到的带有反应位点信息的结构单元,因此具有遗传性,进而建立了一个包含130种GSUs的材料基因库,并将其分成连接中心、配体和官能基团三种类型。
  为了方便地生成各种COF结构和提高组装成功率,该构筑方法采用三种不同的几何定位方式来连接各种GSU中预先设定的反应位点,并针对2D材料的大规模构筑,提出一种“自适应算法”来解决如何设置材料层间距的问题。
  该工作不仅为高通量材料构筑提供了有用的方法和工具,而且可为如何基于材料基因组学思想进行新材料开发给予借鉴,有助于材料研发模式的变革,使材料开发更环保和高效。
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