9月23日,973計(jì)劃首席科學(xué)家、吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院于吉紅教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)在《自然》出版集團(tuán)旗下的《自然通訊》上發(fā)表了題為“利用計(jì)算機(jī)基因組方法高通量預(yù)測(cè)和篩選晶體結(jié)構(gòu)”(In silico prediction and screening of modular crystal structures via a high-throughput genomic approach)的研究論文,引發(fā)國(guó)內(nèi)外同行的高度關(guān)注。該項(xiàng)成果系“新物質(zhì)的創(chuàng)造與轉(zhuǎn)化”物質(zhì)科學(xué)研究所取得的一項(xiàng)重要新進(jìn)展。
據(jù)悉,由于能源與環(huán)境等領(lǐng)域?qū)π虏牧系钠惹行枨?,功能材料的研發(fā)一直是全世界科學(xué)家共同致力的目標(biāo),然而目前實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)仍然主要依賴于研究者不斷重復(fù)的“嘗試法”實(shí)驗(yàn)。為加快功能材料的研發(fā),利用計(jì)算機(jī)技術(shù)高通量地預(yù)測(cè)和篩選具有特定功能的新材料已成為化學(xué)與材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。
于吉紅教授的研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于功能晶體材料的定向設(shè)計(jì)與合成研究。近日,該研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次提出基于生物基因組學(xué)思想高通量預(yù)測(cè)和篩選晶體材料的新方法。這種方法利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將三維晶體結(jié)構(gòu)表達(dá)為一維的“基因”編碼,晶體材料的結(jié)構(gòu)特征就儲(chǔ)存在這些基因編碼中,決定著晶體材料的性能。以工業(yè)上具有廣泛催化與分離應(yīng)用的ABC-6類型分子篩為研究對(duì)象,該研究團(tuán)隊(duì)利用這種計(jì)算機(jī)“基因”編碼技術(shù)枚舉出近九萬種理論假想的ABC-6分子篩結(jié)構(gòu),通過解碼技術(shù)提取并分析ABC-6分子篩中關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)信息,篩選出一千余種最有可能被合成的理論分子篩結(jié)構(gòu),并利用水熱合成法成功實(shí)現(xiàn)了其中兩種新型分子篩的合成。通過進(jìn)一步量子化學(xué)計(jì)算,該團(tuán)隊(duì)又從理論上預(yù)測(cè)出具有優(yōu)異性能的新型分子篩催化材料。
據(jù)團(tuán)隊(duì)成員李乙教授介紹,這種新穎的“基因”途徑不僅可以用來預(yù)測(cè)和篩選分子篩材料,還可以用于其他任何由簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)基元構(gòu)成的復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)。
該研究成果為以功能為導(dǎo)向的材料研發(fā)提供了一種全新的研究思路。
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