基于生物基因组学途径的高通量预测和筛选功能晶体材料的新方法

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图片摘自Nature Communications, 2015, 6, 8328. DOI: 10.1038/ncomms9328

随着科学及经济和社会发展对新材料不断增长的需求,开拓以功能为导向设计合成新材料的途径,已成为化学和材料科学发展的必然趋势。然而,由于人们对许多材料的结构与功能之间的构效关系和规律尚缺乏深入的理解和认识, 因此目前真正实现根据功能需求高通量地预测和筛选目标新结构仍然是一个具有挑战性的课题。

最近,吉林大学于吉红教授的研究团队提出了一种基于生物基因组学思想高通量预测和筛选功能晶体材料的新方法。该方法利用计算机技术将三维晶体结构表达为一维的“基因”编码,晶体材料的结构特征就储存在这些基因编码中,决定着晶体材料的性能。该研究团队以工业上具有重要催化与分离应用的ABC-6型分子筛家族为研究对象,利用这种计算机“基因”编码技术枚举了近九万种理论假想的ABC-6分子筛结构;通过解码技术提取并分析ABC-6分子筛中关键的结构信息,筛选出一千余种最有可能被合成的理论分子筛结构,并利用水热合成法成功合成了其中所预测的两种新型分子筛。进一步通过量子化学计算,该研究团队又从理论上预测出具有优异催化性能的新型分子筛材料。

这种晶体“基因”途径不仅可以用来预测和筛选分子筛晶体结构,还适用于其他任何由简单结构基元构成的复杂晶体结构。该项研究成果为功能导向新型晶体材料的设计合成提供了一种新颖的研究思路。