[发明专利]一种基于高通量计算筛选金属有机骨架催化材料的方法

摘要

一种基于高通量计算筛选高性能金属有机骨架催化材料的方法，首先针对待研究MOFs系列与特定的催化反应体系，采用高通量并行计算的方式分别计算催化反应体系的吸附能，吉布斯函数变，活化能一系列性能参数，从中选取性能最优的MOFs材料；其次根据高通量计算结果，对最优MOFs材料进行合成与表征验证性能，进一步反馈给相应的数据库，并对高通量计算模式进行逐步的优化与完善。本发明采用高通量并行计算的方式，有效地缩短了计算时间。采用理论计算指导材料合成与制备，使得材料的合成与制备具备导向性，降低了研发成本，缩短了研发周期。通过实验数据实时反馈给理论计算这种交互式模式，使得理论计算的性能与精度得以不断提升与优化，具备良好的实用价值。

主权项

1.一种基于高通量计算筛选高性能金属有机骨架催化材料的方法，其特征在于首先针对待研究MOFs系列与特定的催化反应体系，采用高通量并行计算的方式分别计算催化反应体系的吸附能，吉布斯函数变，活化能一系列性能参数，从中选取性能最优的MOFs材料；其次根据高通量计算结果，对最优MOFs材料进行合成与表征验证性能，进一步反馈给相应的数据库，对高通量计算模式进行逐步的优化与完善；具体操作步骤为：(1)MOFs材料的高通量计算筛选：将待研究的MOFs系列全部建模或者从数据库中直接抽提相关数据作为初始的输入文件；然后分别在同一水平下做相同的性质计算，具体的参数要求为：针对晶体结构优化采用GGA‑RPBE交换关联泛函，针对能带结构以及能态密度计算采用HSE06屏蔽杂化泛函，所有计算默认的价层电子排布结构，赝势则采用Ultrasoft赝势，截断能范围统一为550～800eV之间,Monkhorst‑Pack格点取样采用高精度取样，SCF自洽反应收敛阈值为5.0×10^‑7～1.0×10^‑5eV/atom,结构优化的收敛标准为能量波动范围小于5.0×10^‑6～1.0×10^‑5eV/atom,最大受力范围小于最大晶格应力小于0.02～0.2GPa,最大位移小于对于能带结构的计算，则采用的k点取样间隔，能带能量的收敛阈值为10^‑5eV,能态密度的计算与能带结构采用相同的参数，声子谱的计算采用线性响应模式，q点取样间隔为收敛阈值为(2)MOFs材料的合成与性能验证及数据反馈针对上述高通量计算结果筛选出的MOFs催化材料，选取相应的可溶性金属盐与有机配体进行合成，合成方法包括水热法，溶剂热法，界面限制效应定向生长法，超声剥离法；在材料制备的基础上进行一系列表征与性能测试，并在实用化条件下进行实用化测试；通过实验验证将实验数据不断积累并进一步反馈给相应的数据库并对高通量计算模式进行逐步的优化与完善，不断提高计算效能。