科學(xué)技術(shù)的革新和經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展越來越依賴于新材料的進(jìn)步，其中COFs材料配體為由有機(jī)單體通過強(qiáng)共價(jià)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(jì)劃(MGI)正以一種嶄新的材料研發(fā)模式，其中一個(gè)重要的挑戰(zhàn)在于融合高通量計(jì)算技術(shù)，基于材料基因組學(xué)理念構(gòu)筑出具有豐富拓?fù)漕愋秃涂椎阑瘜W(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(shí)驗(yàn)研究人員提供理論指導(dǎo)，進(jìn)而達(dá)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(jì)算材料設(shè)計(jì)與篩選的需求，促進(jìn)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(jī)配體和金屬鹽溶液進(jìn)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(jī)結(jié)構(gòu)單元類型取決于反應(yīng)合成條件，很難提前進(jìn)行預(yù)測。與此不同，COF合成是基于有機(jī)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。考慮到這一特征，該工作提出一個(gè)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(diǎn)信息的結(jié)構(gòu)單元，因此具有遺傳性，進(jìn)而建立了一個(gè)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(tuán)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(diǎn)，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(jìn)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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