基于材料基因组学的共价有机骨架材料储氢性能研究

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基于材料基因组学的共价有机骨架材料储氢性能研究

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简介： 本成果主要围绕新型共价有机骨架材料（COFs），按照“构建材料结构数据库—性能高通量计算筛选—建立强预测描述符”的思路对 COFs 的结构特点和储氢性能提升方案进行探索，主要包含以下成果：
1. 开发出了国际上第一个包含绝大多数已合成 COF 结构的数据库，构建出了一个开放使用的、持续更新的 CoRE-COF 结构数据库平台（网址为https://github.com/core-cof/CoRE-COF-Database）。
2．基于材料基因组学思想，通过建立包含~130 个遗传结构单元的 COF 基因库，提出“似反应连接组装算法”（quasi-reactive assembly algorithms, QReaxAA），来模仿 COF 材料的自然生长过程，进而构建了包含 ~470,000 个计算机生成的 COF 材料的结构数据库（网址为https://figshare.com/s/c7e3b7610a71b9d64210），并从中挑选了 4 个新 COF 材料进行定向合成，证明了材料基因组学的“理论预测、实验验证”的构想。
3. 利用上述 COF 结构数据库平台，针对 COF 材料的储氢性能，开发出了简单、容易使用且具有强预测性的特征描述符，即从直观的 COF 次级结构单元（SBU）为切入点找到了影响COF 储氢性能的关键因素，提出了 SBU 的复杂度可以作为预测 COF 存储 H2性能的强预测指标，当孔径和孔隙率达到合适区间值，具有简单 SBU 的 COF 材料的储氢性能会更加优异。
详细内容

本成果主要围绕新型共价有机骨架材料（COFs），按照“构建材料结构数据库—性能高通量计算筛选—建立强预测描述符”的思路对 COFs 的结构特点和储氢性能提升方案进行探索，主要包含以下成果：
1. 开发出了国际上第一个包含绝大多数已合成 COF 结构的数据库，构建出了一个开放使用的、持续更新的 CoRE-COF 结构数据库平台（网址为https://github.com/core-cof/CoRE-COF-Database）。
2．基于材料基因组学思想，通过建立包含~130 个遗传结构单元的 COF 基因库，提出“似反应连接组装算法”（quasi-reactive assembly algorithms, QReaxAA），来模仿 COF 材料的自然生长过程，进而构建了包含 ~470,000 个计算机生成的 COF 材料的结构数据库（网址为https://figshare.com/s/c7e3b7610a71b9d64210），并从中挑选了 4 个新 COF 材料进行定向合成，证明了材料基因组学的“理论预测、实验验证”的构想。
3. 利用上述 COF 结构数据库平台，针对 COF 材料的储氢性能，开发出了简单、容易使用且具有强预测性的特征描述符，即从直观的 COF 次级结构单元（SBU）为切入点找到了影响COF 储氢性能的关键因素，提出了 SBU 的复杂度可以作为预测 COF 存储 H2性能的强预测指标，当孔径和孔隙率达到合适区间值，具有简单 SBU 的 COF 材料的储氢性能会更加优异。