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?繪制能量-結(jié)構(gòu)-性能圖是一種預(yù)測(cè)多孔分子晶體材料的方法，該方法利用理論計(jì)算尋找可能的低能量高性能晶體排列方式來(lái)實(shí)現(xiàn)新材料探索和發(fā)現(xiàn)。近日，我校費(fèi)林加諾貝爾科學(xué)家聯(lián)合研究中心的安迪?庫(kù)伯教授（Prof. Andrew Ian Cooper）團(tuán)隊(duì)在數(shù)字化導(dǎo)航能量-結(jié)構(gòu)-性能圖研究方面取得新進(jìn)展。該成果以華東理工大學(xué)為第一單位，以“Digital navigation of energy–structure–function maps for hydrogen-bonded porous molecular crystals”為題發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Nature Communications（《自然-通訊》）上。

?物理性能優(yōu)異的分子晶體材料可以應(yīng)用在如氣體儲(chǔ)存與分離等諸多領(lǐng)域，然而分子晶體領(lǐng)域的設(shè)計(jì)更多依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)。在前期關(guān)于繪制能量-結(jié)構(gòu)-性能圖進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)（Nature, 2017, 543, 657）的研究基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)晶體預(yù)測(cè)結(jié)果給出數(shù)以萬(wàn)計(jì)的可能結(jié)構(gòu)致使三者關(guān)系難以解讀，以及所預(yù)測(cè)結(jié)果無(wú)法跨分子進(jìn)行比較的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)研發(fā)人員在本工作中進(jìn)一步延伸拓展了上述方法。以氫鍵有機(jī)框架結(jié)構(gòu)為例，新方法首先對(duì)一系列的能量-結(jié)構(gòu)-性能圖進(jìn)行了更加詳盡的刨析，找出最有潛力的分子及類(lèi)型并分析原因，在此基礎(chǔ)上結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，對(duì)ESF圖中的高維數(shù)據(jù)進(jìn)行了無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)型分類(lèi)與降維可視化。這種更加通用、便捷的工作流程可以系統(tǒng)性的從高維數(shù)據(jù)中直接篩選出代表性結(jié)構(gòu)，從而使研究人員可以直接在極其復(fù)雜的ESF圖上進(jìn)行導(dǎo)航搜索，發(fā)現(xiàn)能量有利或性能優(yōu)異的分子晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)可視化的預(yù)測(cè)、揭示復(fù)雜的結(jié)構(gòu)-性能相關(guān)性。本研究同時(shí)開(kāi)發(fā)了一種開(kāi)源的交互式可視化工具，為檢索與分析晶體結(jié)構(gòu)提供了有力保障。結(jié)合以上探索，團(tuán)隊(duì)研發(fā)人員在研究中成功預(yù)測(cè)了一種超低物理密度的分子晶體。該工作為計(jì)算機(jī)探索、研發(fā)功能性分子晶體材料提供了新的方法和新方向，同時(shí)為推進(jìn)該領(lǐng)域未來(lái)的全自動(dòng)化提供了新的思路。

?上述研究工作主要由我校趙成蹊博士在安迪?庫(kù)伯教授和陳林江研究員及南安普頓大學(xué)Graeme Day教授的指導(dǎo)下以CSC資助交流博士生身份完成。研究得到了我校劉洪來(lái)教授，盧運(yùn)祥教授，我校校友、利物浦大學(xué)吳曉鋒研究員，以及利物浦大學(xué)車(chē)瑜和龐中孚博士的指導(dǎo)和幫助。該工作獲得了Leverhulme研究中心、費(fèi)林加諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)家聯(lián)合研究中心、國(guó)家自然科學(xué)基金以及國(guó)家留學(xué)基金委的相關(guān)科研資金支持。該工作顯示了我校CSC《精準(zhǔn)化學(xué)和分子工程國(guó)際化研究領(lǐng)軍人才培養(yǎng)項(xiàng)目》在培養(yǎng)高水平國(guó)際化人才和孵育具有重大國(guó)際影響力的原創(chuàng)性成果方面的巨大潛力。

?原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-21091-w?