【科研干货】使用Materials Studio构建二维COF 晶胞( 二 )


下面 , 我们以 COF-LZU1 为例 , 演示一下如何构造二维 COF 晶胞模型 。 首先 , 绘制这样一条单链

注意两端苯环几何中心的绿点 , 那是用对称性工具 中的 Centroid 命令做出来的 , 这两个几何中心点将会发挥重要的作用 。 接下来进行几何优化 , 目的是修正键长值推荐选择 Dmol3 优化 , 因为 DMol3 的精度是 MS 同类模块中最高的 , 键长优化值与实际值误差最小 。

可见经过优化后 , 键长值更加接近真实值 。 很明显两几何中心间的距离与晶胞 a ,  b 边长度的比例为 1/1.732 , 则可推算出晶胞的 a , b 棱长度为 22.253 , c 值我们可以先设为 3.5 , 构建空晶胞 。 注意晶系的选择 , 当然我们可以将对称性设为最低 , 空间群取
P1 , 然后手动输入 6 个晶胞参数 , 不过在这个体系下 , 可以将空间群设为隶属 Tirgonal晶系的 P3(143) 。

建好晶胞后暂时先将对称性降为 P1 , 再将优化后的链复制进空晶胞所在 xsd 文件 。 目前的任务就是如何将链摆放至准确的位置上了 。 首先 , 调整链的 z 轴坐标 , 选择链 , 在属性栏中修改整体 z 坐标为 0.5 。

接下来调整链的空间位置 , 目标是使链与水平成 30 度夹角而一个几何中心与原点重合 。 调节角度这时就要借助 Movement 工具条了 , 点击 按钮调出工具条 。 测量角度后在右边的栏内填入角度值 , 旋转 。


再选择要平移至原点的几何中心 , 左下角的属性栏会显示如下内容 , 将 CentioidXYZ的 XY 值改成零即可 。 完成后大约是下图状态 。

接下来是关键 , 如图:

删除恢复对称性后会重叠的结构

将对称性升至 P3 , Rebuild 晶胞 , 建模工序基本上到这里就完成了 。


但还要做些小修改 , 节点处的苯环键要手动改回部分双键 , 一共两处 。

到此为止建模就算完成了 , 但是 P3 空间群并不能完全体现晶胞的对称性 , 所以我们还要对晶胞进行一下等价变换 。 点击, 打开“寻找对称性”菜单 , 点击寻找对称性(判定值约大越有利于找到宏观对称性) , 直到搜索到 P6/M 空间群 , 选择应用对称性 , 则晶胞将会变为背景所示的模式 。 这体现了该 COF 晶胞最全面 , 最高级的对称性 , 也就等于是说可以用最少的原子坐标描述该晶胞 , 我们发表时用的就是这个对称性的晶胞形态 。
【【科研干货】使用Materials Studio构建二维COF 晶胞】接下来还要对得到的晶胞做几何优化 , 建议采用 CASTEP 或 DMol3 , 或者 DFTB , 总之不要用力场系的模块做优化 , 否则晶胞参数会偏离实验值很多(偏大) 。 如果要结合 PXRD 数据对晶胞参数进行精修 , 可参照 reflex 模块的教程 , 二维 COF 晶胞的建模过程到此完成 。

推荐阅读