一种C

技术领域

本发明涉及计算模拟领域，特别是涉及一种C

背景技术

SF

C

金属-有机骨架(MOF)是一类具有极高内表面积的新型多孔材料，在气体存储和分离、催化和传感等领域具有很高的应用潜力。但目前，仍缺少一种有效对不同的固体吸附剂的吸附效果进行定量分析比较，并做出评价的方法。

因此，如何为不同的固体吸附剂对C

发明内容

本发明的目的是提供一种C

为解决上述技术问题，本发明提供一种C

基于GCMC仿真构建待评价固相吸附剂对应的吸附剂晶胞模型；

基于GCMC仿真对C

利用所述吸附剂晶胞模型，及吸附质分子模型进行GCMC仿真，得到仿真结果文件；

根据所述仿真结果文件，确定所述待评价固相吸附剂的评价信息。

可选地，在所述的C

根据所述待评价固相吸附剂的最易生长面，基于GCMC仿真构建对应的吸附剂晶胞模型。

可选地，在所述的C

对所述吸附剂晶胞模型和/或所述吸附质分子模型进行低能化处理，使所述吸附剂晶胞模型和/或所述吸附质分子模型处于能量最低状态。

可选地，在所述的C

对所述吸附剂晶胞模型进行超胞化，得到吸附剂超胞模型；

相应地，所述利用所述吸附剂晶胞模型，及吸附质分子模型进行GCMC仿真，得到仿真结果文件包括：

利用所述吸附剂超胞模型，及吸附质分子模型进行GCMC仿真，得到仿真结果文件。

可选地，在所述的C

对所述吸附剂晶胞模型进行2*2*2的超胞化，得到吸附剂超胞模型。

可选地，在所述的C

可选地，在所述的C

将所述仿真结果文件中的数据进行单位变换，得到通用单位数据。

可选地，在所述的C

其中，N(cm

可选地，在所述的C

所述评价信息包括吸附量信息、吸附位置信息、密度分布信息及吸附强度信息；

根据所述吸附等温线结果，确定各个逸度下的吸附量信息；

根据所述吸附构型，确定所述吸附位置信息；

根据所述密度分布结构，确定各个吸附位的密度分布信息；

根据所述吸附热，确定所述吸附强度信息。

一种C

吸附剂建构模块，用于基于GCMC仿真构建待评价固相吸附剂对应的吸附剂晶胞模型；

吸附质建构模块，用于基于GCMC仿真对C

GCMC仿真模块，用于利用所述吸附剂晶胞模型，及吸附质分子模型进行GCMC仿真，得到仿真结果文件；

评价模块，用于根据所述仿真结果文件，确定所述待评价固相吸附剂的评价信息。

本发明所提供的C

本发明建立了吸附剂对应的吸附剂晶胞模型及吸附质对应的吸附质分子模型，利用GCMC仿真能够从吸附构型、密度分布结构、平均吸附量、吸附热分析吸附过程，做出定量的性能预测，可实现对每个C

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的C

图2为本发明提供的C

图3为本发明提供的C

图4至图8为本发明提供的C

图9为本发明提供的C

图中，包括：1-铜原子，2-氧原子，3-氢原子，4-碳原子及5-氟原子。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种C

S101：基于GCMC仿真构建待评价固相吸附剂对应的吸附剂晶胞模型。

S102：基于GCMC仿真对C

需要注意的是，步骤S101及步骤S102均为对模型的建立步骤，并无先后之分，也即其两者的位置是可以调换的，先后顺序并无影响。

S103：利用所述吸附剂晶胞模型，及吸附质分子模型进行GCMC仿真，得到仿真结果文件。

目前市面上常见的GCMC仿真软件为Materials Studio(材料工作室)，当然，也可选用其他仿真软件，支持GCMC仿真即可。

S104：根据所述仿真结果文件，确定所述待评价固相吸附剂的评价信息。

GCMC(巨正则系综)模拟是平衡物系状态研究、物质微观结构研究，以及新材料制备与改性的最佳工具之一。在吸附分离研究工作中，由于巨正则系综与吸附剂吸附行为的体系更加吻合，故采用GCMC方法模拟吸附剂吸附行为，它可为吸附剂的分子结构和改性，提供准确的数据。本方法从GCMC仿真的角度进行性能预测与分析，利用GCMC仿真实现吸附剂与C

通过比较所述仿真结果文件中的参数，可以将多种待评价固相吸附剂进行定量的性能对比，具体地，所述仿真结果文件包括吸附等温线结果、吸附构型、密度分布结构、平均吸附量及吸附热结果中的至少一种。

作为一种具体实施方式，基于化学仿真软件Materials Studio中可进行GCMC计算的sorption(吸附)模块进行吸附等温线计算；输出的吸附等温线结果保存在Isotherm.xcd文件，仿真计算的各逸度下的吸附构型、密度分布结构、平均吸附量、吸附热结果保存在std文件中。

具体地，利用sorption模块进行吸附等温线计算的预设参数：蒙特卡罗方法选用Metropolis方法，平衡步数Equilibration steps＝1*105，生产步数Production steps＝1*106，力场Forcefield＝Universal，静电相互作用采用Ewald&Group方法进行描述，范德华力采用Atom based方法进行描述。

作为一种优选实施方式，在利用所述吸附剂晶胞模型，及吸附质分子模型进行GCMC仿真之前，还包括：

A1：对所述吸附剂晶胞模型进行超胞化，得到吸附剂超胞模型。

相应地，所述利用所述吸附剂晶胞模型，及吸附质分子模型进行GCMC仿真，得到仿真结果文件包括：

A2：利用所述吸附剂超胞模型，及吸附质分子模型进行GCMC仿真，得到仿真结果文件。

在本优选实施方式中，先将所述吸附剂晶胞模型进行超胞化，再将超胞化的吸附剂超胞模型输入模拟环境中进行GCMC仿真，超胞化之后的模型包括多个吸附质分子，对吸附质分子的吸附过程的模拟更加贴近实际情况，也具有更高的准确率。

更进一步地，所述对所述吸附剂晶胞模型进行超胞化，得到吸附剂超胞模型包括：

对所述吸附剂晶胞模型进行2*2*2的超胞化，得到吸附剂超胞模型。

2*2*2的超胞化也即是将8个所述吸附剂晶胞模型堆叠成边长为2单位晶胞长度的正方体，在实现模拟相邻晶胞边界对吸附质的吸收效应的同时，也不至于额外消耗太多系统算力，换言之，在保证较低算力成本的同时，使模拟结果大大贴近了真实情况，提升了模拟准确率。

通过所述密度分布结构，可直观地观察特定逸度下的吸附构型与吸附密度分布。

相应地，所述根据所述仿真结果文件，确定所述待评价固相吸附剂的评价信息包括：

所述评价信息包括吸附量信息、吸附位置信息、密度分布信息及吸附强度信息；

根据所述吸附等温线结果，确定各个逸度下的吸附量信息；

根据所述吸附构型，确定所述吸附位置信息；

根据所述密度分布结构，确定各个吸附位的密度分布信息；

根据所述吸附热，确定所述吸附强度信息。

所述吸附位置信息也即各个逸度下的吸附量大小；所述吸附热的大小可以衡量吸附强弱的程度，吸附热越大，吸附越强所述吸附强度信息越高，通过所述吸附构型，可直观地观察吸附位置分布；通过所述密度分布结构，可以得到吸附质在吸附位的分布密度。

通过所述吸附量信息、所述吸附位置信息、各个吸附位的密度分布信息及所述吸附强度信息，可以判断吸附效果，进而判断所述待评价固相吸附剂的应用潜力。

另一方面，在得到所述仿真结果文件之后，还包括：

将所述仿真结果文件中的数据进行单位变换，得到通用单位数据。

目前的GCMC仿真多通过仿真软件Materials Studio，软件的直接仿真结果通常为个/晶胞，与现在业界通用的立方厘米/克并不相同，不能通过结果直观与其他来源其他单位的吸附量数据进行比较，因此，在本具体实施方式中，将模拟得到的仿真结果文件进行了单位变换，得到单位更加通用的通用单位数据，以便与其他来源的数据进行比较，快速评价出吸附剂的优劣。

进一步地，所述平均吸附量的单位为个/晶胞；通过下式(1)得到对应的通用单位数据，称为通用单位吸附量：

其中，N(cm

同样地，所述仿真结果文件中的吸附热单位可能也并非通用单位，因此，可能需要将所述吸附热中的kcal/mol，转换为kJ/mol。

本发明所提供的C

在具体实施方式一的基础上，进一步对所述吸附剂晶胞模型的构建的过程做限定，得到具体实施方式二，其流程示意图如图2所示，包括：

S201：根据所述待评价固相吸附剂的最易生长面，基于GCMC仿真构建对应的吸附剂晶胞模型。

S202：基于GCMC仿真对C

S203：利用所述吸附剂晶胞模型，及吸附质分子模型进行GCMC仿真，得到仿真结果文件。

S204：根据所述仿真结果文件，确定所述待评价固相吸附剂的评价信息。

本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本发明中具体给出了所述吸附剂晶胞模型的构建依据，其余步骤均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。

本优选实施方式中，选择所述待评价固相吸附剂的最易生长面(也称最稳定生长面)构建所述吸附剂晶胞模型，得到的吸附剂晶胞模型更贴近所述待评价固相吸附剂在现实中的晶胞结构，也即能提升仿真结果与现实结果的相似性，即提升仿真精确度。

在具体实施方式二的基础上，进一步对所述吸附剂晶胞模型的构建的过程做限定，得到具体实施方式三，其流程示意图如图3所示，包括：

S301：根据所述待评价固相吸附剂的最易生长面，基于GCMC仿真构建对应的吸附剂晶胞模型。

S302：基于GCMC仿真对C

S303：对所述吸附剂晶胞模型和/或所述吸附质分子模型进行低能化处理，使所述吸附剂晶胞模型和/或所述吸附质分子模型处于能量最低状态。

S304：利用所述吸附剂晶胞模型，及吸附质分子模型进行GCMC仿真，得到仿真结果文件。

S305：根据所述仿真结果文件，确定所述待评价固相吸附剂的评价信息。

本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本发明中对进行GCMC仿真之前的模型进行了预处理，其余步骤均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。

本发明在得到两种模型后，不直接对所述吸附质分子模型及所述吸附剂晶胞模型进行GCMC仿真，而是先进行低能化处理，所述低能化处理指使所述吸附质分子模型及所述吸附剂晶胞模型处于能量最低状态，也即变为稳态晶胞/分子模型，以便更贴近实际情况，提升模拟准确率。

在实际操作中，如利用GCMC仿真软件MaterialsStudio进行仿真，则所述吸附质分子模型及所述吸附剂晶胞模型的低能化优化，可以采用forcite(分子力学引擎)模块进行。

具体地，利用forcite模块进行结构优化(低能化处理)的预设参数：Algorithm(算法)＝smart，收敛判据中Energy(最大能量变化的收敛阈值)＝1*10-4kcal/mol，Force(最大相互作用力的收敛阈值)

下面给出一种模拟的具体过程，包括：

步骤1：基于GCMC仿真软件MaterialsStudio构建固相吸附剂的稳态晶胞构型和气相吸附质的稳态分子结构构型，并分别运用forcite模块进行结构优化。

对Cu-BTC构建(111)表面晶胞模型，然后结构优化使所建晶胞模型处于能量最低状态，即Cu-BTC(111)表面的稳态晶胞构型，见图4。然后将所建Cu-BTC(111)表面扩增为2*2*2，得到Cu-BTC(111)表面的超胞模型，见图5。其中，图4中的各个标记分别为铜原子1，氧原子2，氢原子3，碳原子4。图6中包括氟原子5。

对C

所述GCMC仿真软件MaterialsStudio中forcite模块进行结构优化的预设参数：Algorithm＝smart，收敛判据中Energy＝1*10

步骤2：基于GCMC仿真软件MaterialsStudio中的sorption模块进行吸附等温线计算；输出的吸附等温线结果保存在Isotherm.xcd文件，仿真计算的各逸度下的吸附构型、密度分布结构、平均吸附量、吸附热结果保存在std文件中。

所述GCMC仿真软件MaterialsStudio中sorption模块进行吸附等温线计算的预设参数：温度选择298K，逸度范围为1*10

步骤3：对仿真结果进行数据处理：仿真结果文件中吸附量的单位为个/晶胞,即当前晶胞下吸附质的个数,需要根据下列公式进行单位转换：

其中，N为吸附量，M为计算晶胞的摩尔质量。

数据处理后作图得到298K下C

对吸附热结果数据处理后得到298K下C

步骤4：选择仿真结果std文件中298K下密度分布结构图，直观地观察101.3kPa下的吸附构型与吸附密度分布，见图8。

步骤5：结果分析：吸附等温线结果可直观地看出298K下C

结合吸附构型、吸附密度分布图、吸附等温线和吸附热分析可得Cu-BTC对C

下面对本发明实施例提供的C

图9为本发明实施例提供的C

吸附剂建构模块100，用于基于GCMC仿真构建待评价固相吸附剂对应的吸附剂晶胞模型；

吸附质建构模块200，用于基于GCMC仿真对C

GCMC仿真模块300，用于利用所述吸附剂晶胞模型，及吸附质分子模型进行GCMC仿真，得到仿真结果文件；

评价模块400，用于根据所述仿真结果文件，确定所述待评价固相吸附剂的评价信息。

作为一种优选实施方式，所述吸附剂建构模块100包括：

最易面生长单元，用于根据所述待评价固相吸附剂的最易生长面，基于GCMC仿真构建对应的吸附剂晶胞模型。

作为一种优选实施方式，所述GCMC仿真模块300，还包括：

低能化单元，用于对所述吸附剂晶胞模型和/或所述吸附质分子模型进行低能化处理，使所述吸附剂晶胞模型和/或所述吸附质分子模型处于能量最低状态。

作为一种优选实施方式，所述GCMC仿真模块300，还包括：

超胞化单元，用于对所述吸附剂晶胞模型进行超胞化，得到吸附剂超胞模型；

相应地，所述GCMC仿真模块300包括：

超胞仿真单元，用于利用所述吸附剂超胞模型，及吸附质分子模型进行GCMC仿真，得到仿真结果文件。

作为一种优选实施方式，所述GCMC仿真模块300包括：

2*2*2超胞化单元，用于对所述吸附剂晶胞模型进行2*2*2的超胞化，得到吸附剂超胞模型。

作为一种优选实施方式，所述GCMC仿真模块300，还包括：

单位变换单元，用于将所述仿真结果文件中的数据进行单位变换，得到通用单位数据。

作为一种优选实施方式，所述评价模块400包括：

所述评价信息包括吸附量信息、吸附位置信息、密度分布信息及吸附强度信息；

吸附等温线评价单元，用于根据所述吸附等温线结果，确定各个逸度下的吸附量信息；

吸附构型评价单元，用于根据所述吸附构型，确定所述吸附位置信息；

密度分布结构单元，用于根据所述密度分布结构，确定各个吸附位的密度分布信息；

吸附热单元，用于根据所述吸附热，确定所述吸附强度信息。

本发明所提供的C

本实施例的C

本发明同时还提供了一种数据访问设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述的数据访问方法的步骤。本发明所提供的C

本发明同时还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的数据访问方法的步骤。本发明所提供的C

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的C