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Materials Studio 实用指南 目录 Preface.前言 专题 1.COF 晶胞的构建 专题 2.CMP 模型的构建 Reflex 模块介绍 Forcite 模块介绍 Sorption 模块教程 DFTB+模块介绍 VAMP 模块介绍 DMol3 模块介绍 CASTEP 模块介绍 GULP 模块介绍 专题 3.综合应用 专题 4 Materials Studio 的安装与设置 专题 1. COF 晶胞的构建 在这一节，我们来了解一下如何用 Materials Studio 内的建模工具构建COF 晶胞。 COF 材料在近几年内获得了越来越多的关注，相关研究涉及的层面也越来越广泛。 但是从材料的构成来看，COF 与其他高分子材料并无本质的不同，为什么 COF 就这么 受到瞩目？因为 COF 材料是晶体材料。如果一种材料是晶体材料，从理论角度说 ，通 过研究其单个晶胞的性质，就可以推知该材料的宏观特性，从应用角度说 ，只要得到特 征的 XRD 衍射线，就可以断定得到了预期的材料，且其结构与性质必定与具备相同 XRD 谱线的同类样品完全一致，这是只有晶体材料才能具备的特性。也正因为 COF 具备晶 体材料的这些优良特性，才能被学术界如此看重。 COF 材料的晶体属性为相关研究带来了相当广阔的 发挥空间，但也对研究者提出了更高的要求，如果要在 这一领域开展深入探索，不但要掌握合成方面的必要技 能，还要对晶体的结构与性质具有一定程度的了解，最 好还能够独立操作相关软件设计 COF 结构，构建 COF 晶体模型，并进行一些基本性质的计算。在本专题，我 们就如何用 MS 平台构建 COF 晶胞开展一些初步的探索， 也算是回应 COF 材料带给我们的挑战的第一步。 COF 材料最初由 Yaghi 小组合成，并发表在 2005 年的 Science 上。在通篇文献中，我认为最引人注目的 就是右边这张 COF 材料的结构模拟图。在该文献支持信 息中我们还会了解到，正文中涉及的 COF 结构均是由 Cerius2 软件完成——包括 XRD 谱图的解析，晶胞的构 建以及结构优化——该软件是 Materials Studio 早期的 Unix 工作站版本，我们也可以把 它看成是目前的 Materials Studio 的前身，两者主要模块及功能完全一致，所以我们可 以肯定，用相对容易接触到的 MS 也肯定能完成相同的工作。情况也的确如此，不但后 来我们用 MS 实现了 COF 材料的模型构建及性质模拟（就连那张示意图我们也可以用 MS 做出来），现在涉及 COF 材料的工作在建模部分也几乎全部是在 MS 平台上完成的， 可以说 Materials Studio 已经是COF 研究圈内的必备软件了。可以想象掌握 MS 的建模 技能对研究 COF 是多么的重要。 按照通行的步骤，我们如果要建立一种 COF 材料的结构模型，首先要拿到该材料 的 PXRD 衍射数据，然后按照——寻峰——指标化——生成晶胞——Pawley 精修的顺 序先得到正确的空晶胞，随后再将 COF 材料的结构基团添加进晶胞内，最后对晶胞进 行精修及几何优化，再生成模拟 PXRD 谱图与实验数据进行对照，确定构建的 COF 模 型的正确性及合理性。事实上最初我也是这么做的，结果发现开头与结尾都好办，真正 不好解决的是 “随后”的那部分内容——事实上我们拿到的 COF-LZU1 的 PXRD 谱图质 量可以说是相之当好，我们非常轻松的确定了空晶胞的几何参数，而且与预期的结构完 全一致——但是怎么用已知的结构单元填充晶胞 ，使原子精确的定位到正确的位置上？ 文献在此语焉不详（也许是太简单不值得浪费笔墨） ，但这部分才是构建COF 模型的 关键。 突破口是从尝试手工确定 COF-1 内原子的分数坐标时找到的。那篇始祖COF 文献 的支持材料里提供了COF-1 的晶胞参数及骨架原子的分数坐标，但是却没有苯环氢的坐 标。 COF-1 Hexagonal, P63/mmc a = b = 15.6529, c = 6.7005 Å B1 0.05772, 0.11543, 0.25000 B2 0.44466, 0.72233, 0.25000 O1 0.11133, 0.05567, 0.25000 O2 0.38900, 0.77800, 0.25000 C1 0.11184,