科學(xué)技術(shù)的革新和經(jīng)濟社會的發(fā)展越來越依賴于新材料的進步，其中COFs材料配體為由有機單體通過強共價鍵相互連接而形成的一類新型晶態(tài)多孔聚合物材料，近年來在諸多潛在應(yīng)用領(lǐng)域開始嶄露頭角。當(dāng)前，材料基因組計劃(MGI)正以一種嶄新的材料研發(fā)模式，其中一個重要的挑戰(zhàn)在于融合高通量計算技術(shù)，基于材料基因組學(xué)理念構(gòu)筑出具有豐富拓撲類型和孔道化學(xué)性質(zhì)的龐大結(jié)構(gòu)空間，以用于識別優(yōu)質(zhì)的可能材料，為實驗研究人員提供理論指導(dǎo)，進而達到提高新材料研發(fā)效率和降低人力物力成本的目標(biāo)。 該材料基因組學(xué)構(gòu)筑方法可高效率地組裝出COF結(jié)構(gòu)，滿足高通量計算材料設(shè)計與篩選的需求，促進COFs材料配體新結(jié)構(gòu)的定向合成。
該工作中材料基因組學(xué)研究思路的第①步是建立用于COF結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的基因庫。MOFs通常采用有機配體和金屬鹽溶液進行合成，其中即使采用相同的兩者，最終所合成材料的次級無機結(jié)構(gòu)單元類型取決于反應(yīng)合成條件，很難提前進行預(yù)測。與此不同，COF合成是基于有機單體(或分子)的縮聚反應(yīng)，并且單體的原始構(gòu)象基本上仍會保持在所得材料結(jié)構(gòu)中?？紤]到這一特征，該工作提出一個命名為“遺傳結(jié)構(gòu)單元”(GSUs)的材料基因概念，它是通過模仿COF材料自然生長過程，衍生得到的帶有反應(yīng)位點信息的結(jié)構(gòu)單元，因此具有遺傳性，進而建立了一個包含130種GSUs的材料基因庫，并將其分成連接中心、配體和官能基團三種類型。
為了方便地生成各種COF結(jié)構(gòu)和提高組裝成功率，該構(gòu)筑方法采用三種不同的幾何定位方式來連接各種GSU中預(yù)先設(shè)定的反應(yīng)位點，并針對2D材料的大規(guī)模構(gòu)筑，提出一種“自適應(yīng)算法”來解決如何設(shè)置材料層間距的問題。
該工作不僅為高通量材料構(gòu)筑提供了有用的方法和工具，而且可為如何基于材料基因組學(xué)思想進行新材料開發(fā)給予借鑒，有助于材料研發(fā)模式的變革，使材料開發(fā)更環(huán)保和高效。
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