[发明专利]基于计算机模拟可控生成缺陷网状骨架材料模型的方法

权利要求书

1.一种基于计算机模拟可控生成缺陷网状骨架材料模型的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、选择需要的有机配体和节点类型，并在有机配体和节点的CIF结构数据集中分别标记出配体和节点连接时的对接原子；

S2、将所选的有机配体和节点进行组合，从而构建出完美网状骨架材料模型；

S3、对于完美网状骨架材料模型，以其晶胞为单位扩展模拟盒子大小，得到扩展后的模型，然后根据标记的对接原子，定位模型中连接有机配体的对接原子和连接节点的对接原子之间的化学键，并将该化学键删除；

S4、在完美网状骨架材料模型中，遍历孤立的有机配体和节点并对应构成有机配体组和节点组，每组分别对其子集编号，并根据标记的对接原子记录节点与有机配体的连接信息；

S5、根据目标缺陷含量和目标缺陷分布，利用有机配体的编号，以数学方式定量地指定模型中有机配体的含量和分布，并删除多余有机配体；

S6、对于模型中剩余的有机配体，重建有机配体和相邻的节点之间的化学键，对于已删除的有机配体，在原相邻的对应节点的悬空对接原子处补充氢原子，以维持体系电中性；

S7、识别出模型中孤立的节点，并将其删除，最终得到具有确定缺陷含量和缺陷分布的缺陷网状骨架材料模型。

2.根据权利要求1所述的基于计算机模拟可控生成缺陷网状骨架材料模型的方法，其特征在于，网状骨架材料包括但不限于MOFs、ZIFs、COFs材料。

3.根据权利要求1所述的基于计算机模拟可控生成缺陷网状骨架材料模型的方法，其特征在于，步骤S1中，节点的类型包括金属簇节点和有机节点。

4.根据权利要求1所述的基于计算机模拟可控生成缺陷网状骨架材料模型的方法，其特征在于，步骤S2中，利用TOBACCO软件组合有机配体和节点，并获得完美网状骨架材料模型的CIF结构数据集。

5.根据权利要求1所述的基于计算机模拟可控生成缺陷网状骨架材料模型的方法，其特征在于，在步骤S3中，将模拟盒子扩展为晶胞的4×4×4大小。

6.根据权利要求1所述的基于计算机模拟可控生成缺陷网状骨架材料模型的方法，其特征在于，在步骤S4中，采用近邻列表的方式记录节点和有机配体的连接信息，具体为：对每一个节点，记录与之相连的有机配体的编号，按照节点编号遍历所有节点，由此得到近邻列表。

7.根据权利要求1所述的基于计算机模拟可控生成缺陷网状骨架材料模型的方法，其特征在于，步骤S5的具体过程如下：

S51、把有机配体按照分配比例随机分成A、B两组，分配比例由目标缺陷含量决定，然后用Warren-Cowley参数定量描述B配体在网状骨架材料中的分布：

其中，α表示Warren-Cowley参数；P^A(B)表示B配体在A配体邻近，也即A、B配体连接同一个节点这种情况所出现的概率；x_B表示B配体占所有配体的比例；

S52、为了控制Warren-Cowley参数达到目标值，目标值由目标缺陷分布决定，采用逆向蒙特卡洛方法重新分配B配体的位置：

首先基于当前的模型，计算α的初始值；

然后随机对调一对A、B配体的位置，A、B配体的编号保持不变，再计算一次α值，如果该α值比初始值更接近目标值，则保留这次对调操作，否则，则返回上一状态；

如此循环迭代，直至α值与目标值的误差小于误差阈值，或迭代次数达到预设次数；

S53、根据B配体的编号，将B配体删除。

8.根据权利要求1所述的基于计算机模拟可控生成缺陷网状骨架材料模型的方法，其特征在于，步骤S6中，对于在悬空对接原子上补充的氢原子，利用Materials Studio软件的Forcite模块在UFF力场下优化氢原子的位置，其他原子位置保持不变。