材料基因組學(xué)研究取得新進展

在國家自然科學(xué)基金和國家重點研發(fā)計劃等項目資助下，北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院陽慶元教授與仲崇立教授研究團隊近期在材料基因組學(xué)領(lǐng)域取得重要進展，在國際上提出納米多孔材料高通量構(gòu)筑的全新基因組學(xué)方法論，并與上海有機所的趙新教授團隊合作，通過定向?qū)嶒瀸崿F(xiàn)了所設(shè)計的新型拓撲結(jié)構(gòu)材料。研究成果以“Materials genomics methods for high-throughput construction of COFs and targeted synthesis”為題，于2018年12月10日在《自然 通訊》上在線發(fā)表。

科學(xué)技術(shù)的革新和經(jīng)濟社會的發(fā)展越來越依賴于新材料的進步，其中COFs為有機單體通過強共價鍵相互連接而形成的一類新型晶態(tài)多孔聚合物材料，近年來在諸多潛在應(yīng)用領(lǐng)域開始嶄露頭角。當(dāng)前，材料基因組計劃(MGI)正引領(lǐng)一種嶄新的材料研發(fā)模式，其中一個重要的挑戰(zhàn)在于融合高通量計算技術(shù)，基于材料基因組學(xué)理念構(gòu)筑出具有豐富拓撲類型和孔道化學(xué)性質(zhì)的龐大結(jié)構(gòu)空間，以用于識別最佳的可能材料。為此，該工作中創(chuàng)造性地提出了“仿化學(xué)反應(yīng)”劃分COF材料基因的學(xué)術(shù)思想，并通過概念創(chuàng)新和計算構(gòu)筑方法創(chuàng)新，提出含反應(yīng)位點信息的“遺傳結(jié)構(gòu)單元”新概念(GSU)和開發(fā)出基于“似反應(yīng)連接組裝算法”的高通量構(gòu)筑方法(QReaxAA)，并針對2D材料的構(gòu)筑提出一種“自適應(yīng)算法”來解決如何設(shè)置材料層間距的問題，在此基礎(chǔ)上建立了相應(yīng)的基因庫和包含約47萬種材料的龐大數(shù)據(jù)庫，并利用其中4個材料作為概念驗證示例進行了定向合成，成功地證明了所建立基因組學(xué)方法論的有用性和可靠性。該工作不僅為高通量材料構(gòu)筑提供了有用的方法和工具，而且可為利用材料基因組學(xué)思想進行新材料開發(fā)提供借鑒，有助于材料研發(fā)模式的變革，使材料開發(fā)更環(huán)保和高效。