本發(fā)明涉及mofs的模擬計算及性能評價的，尤其涉及到一種用于高通量篩選mofs吸附分離材料的綜合性能評分方法。

背景技術(shù)：

1、mofs(metal-organic?frameworks，金屬有機框架)材料由于其獨特的結(jié)構(gòu)和出色的吸附性能，已在氣體吸附、儲能、分離和催化等領(lǐng)域展示出廣泛應(yīng)用的潛力。這些材料擁有高度可控的孔隙結(jié)構(gòu)、表面積和化學(xué)活性，使它們成為解決分離、儲存和催化等問題的理想選擇。然而，傳統(tǒng)的mofs材料研究方法主要依賴于試錯，這不僅昂貴而且效率低下，限制了它們在實際應(yīng)用領(lǐng)域的推廣。近年來，計算模擬和高通量計算的快速發(fā)展為材料研發(fā)帶來了新的機遇。

2、高通量計算方法可以快速對大批量材料進(jìn)行高通量計算，但通常只關(guān)注單一性能參數(shù)。然而，在實際應(yīng)用中，需要綜合考慮材料的多個性能參數(shù)。以甲烷吸附性能為例，僅依賴于單一性能參數(shù)的評估并不足夠，因為某些mofs材料可能對甲烷和含硫雜質(zhì)等多種氣體表現(xiàn)出良好的吸附性能。這種單一性能指標(biāo)的評估方法在綜合性能評價方面存在局限性。工業(yè)上實際應(yīng)用不僅要求材料具有高吸附性能，還要考慮材料的選擇性、可循環(huán)性、擴散系數(shù)和化學(xué)穩(wěn)定性等一系列性能參數(shù)。因此，將材料的綜合性能作為評價指標(biāo)已經(jīng)變得越來越受到重視。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于高通量篩選mofs吸附分離材料的綜合性能評分方法，該方法能克服現(xiàn)有技術(shù)中mofs材料性能評價不足的問題，高效地預(yù)測mofs材料對二元混合體系中不同二元混合物的吸附分離性能，并為其綜合評分。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：

3、用于高通量篩選mofs吸附分離材料的綜合性能評分方法，包括：

4、s1、利用widom算法獲取多種mofs材料吸附二元混合體系中二元混合物兩種物種分子的亨利常數(shù)之比或吸附熱之比；

5、s2、依據(jù)s1獲得的數(shù)據(jù)的數(shù)值，對多種mofs材料進(jìn)行從大到小排序，并篩選出排名靠前的mofs材料；

6、s3、基于真實應(yīng)用工況，采用模擬方法計算排名靠前的mofs材料對二元混合體系中二元混合物的性能；

7、s4、對排名靠前的mofs材料對二元混合體系中二元混合物的性能進(jìn)行從大到小排序并評分，性能數(shù)值越大則評分越高；

8、s5、根據(jù)實際應(yīng)用需要，對排名靠前的mofs材料對二元混合體系中二元混合物的性能的分?jǐn)?shù)進(jìn)行權(quán)重加和，得到綜合評分，具有更高綜合評分的mofs材料則認(rèn)為更有望用于二元混合體系。

9、進(jìn)一步地，步驟s1包括：

10、利用widom算法獲取多種mofs材料吸附二元混合體系中二元混合物兩種物種分子對應(yīng)的亨利常數(shù)或吸附熱；

11、求取二元混合物內(nèi)兩種物種分子的亨利常數(shù)之比或吸附熱之比。

12、進(jìn)一步地，計算二元混合體系中二元混合物兩種物種分子的亨利常數(shù)的公式如下：

13、

14、其中，kh為亨利常數(shù)，t為溫度，r為理想氣體常數(shù)，ρf為mofs材料的密度，<w>為分子的吸附態(tài)羅森布魯斯比重，<wig>為分子的理想態(tài)羅森布魯斯比重。

15、進(jìn)一步地，二元混合體系中二元混合物兩種物種分子對應(yīng)的吸附熱為無限稀釋狀態(tài)下的吸附熱，計算公式如下：

16、

17、其中，δh為吸附熱，kh為亨利常數(shù)，β＝1/kbt為溫度相關(guān)參數(shù)，kb為波爾茲曼常數(shù)。

18、進(jìn)一步地，二元混合物的性能包括吸附量、選擇性、材料自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；

19、計算吸附量時，mofs材料與二元混合物兩種物種分子相互作用，綜合考慮范德華力和靜電力相互作用，并在考慮兩種物種的質(zhì)量比、溫度和外部壓力的情況下進(jìn)行迭代插入計算；每次迭代包括分子的平移、翻轉(zhuǎn)、拉伸、扭轉(zhuǎn)和再生成運動，然后根據(jù)作用力誤差是否小于給定精度閾值來保留或舍棄嘗試；迭代計算重復(fù)進(jìn)行不少于1×105次以確保體系能量穩(wěn)定，然后再進(jìn)行不少于1×105次迭代以統(tǒng)計吸附量結(jié)果。

20、進(jìn)一步地，基于二元混合物兩種物種的吸附量計算出mofs材料對二元混合物的選擇性，計算公式如下：

21、

22、其中，二元混合物兩種物種包括目標(biāo)物種和水，s代表目標(biāo)物種相對于水的分離選擇性，x1是目標(biāo)物種在吸附劑中的摩爾分?jǐn)?shù)，x2是水在吸附劑中的摩爾分?jǐn)?shù)，y2是水在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)，y1是目標(biāo)物種在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案原理及優(yōu)點如下：

24、本方案利用widom算法獲取多種mofs材料吸附二元混合體系中二元混合物兩種物種分子的亨利常數(shù)之比或吸附熱之比；接著，依據(jù)獲得的數(shù)據(jù)的數(shù)值，對多種mofs材料進(jìn)行從大到小排序，并篩選出排名靠前的mofs材料；再接著，基于真實應(yīng)用工況，采用模擬方法計算排名靠前的mofs材料對二元混合體系中二元混合物的性能；以及對排名靠前的mofs材料對二元混合體系中二元混合物的性能進(jìn)行從大到小排序并評分，性能數(shù)值越大則評分越高；最后，根據(jù)實際應(yīng)用需要，對排名靠前的mofs材料對二元混合體系中二元混合物的性能的分?jǐn)?shù)進(jìn)行權(quán)重加和，得到綜合評分，具有更高綜合評分的mofs材料則認(rèn)為更有望用于二元混合體系。

25、本方案不僅可以預(yù)測mofs材料對二元混合體系中不同二元混合物的吸附分離性能，還綜合考慮了多個性能指標(biāo)，包括吸附量、選擇性等，為研究人員提供了更全面的材料評價工具。此外，本方案的計算方法能夠較真實地模擬mofs材料在不同條件下的性能變化，從而提高mofs材料篩選的準(zhǔn)確性和可靠性，有助于加速新材料的工業(yè)應(yīng)用。

26、還有的是，本方案能加速mofs材料研究和合成過程，避免傳統(tǒng)實驗試錯的盲目性。

技術(shù)特征：

1.用于高通量篩選mofs吸附分離材料的綜合性能評分方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高通量篩選mofs吸附分離材料的綜合性能評分方法，其特征在于，步驟s1包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于高通量篩選mofs吸附分離材料的綜合性能評分方法，其特征在于，計算二元混合體系中二元混合物兩種物種分子的亨利常數(shù)的公式如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于高通量篩選mofs吸附分離材料的綜合性能評分方法，其特征在于，二元混合體系中二元混合物兩種物種分子對應(yīng)的吸附熱為無限稀釋狀態(tài)下的吸附熱，計算公式如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高通量篩選mofs吸附分離材料的綜合性能評分方法，其特征在于，二元混合物的性能包括吸附量、選擇性、材料自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于高通量篩選mofs吸附分離材料的綜合性能評分方法，其特征在于，基于二元混合物兩種物種的吸附量計算出mofs材料對二元混合物的選擇性，計算公式如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了用于高通量篩選MOFs吸附分離材料的綜合性能評分方法，獲取多種MOFs材料吸附二元混合體系中二元混合物兩種物種分子的亨利常數(shù)之比或吸附熱之比；對多種MOFs材料進(jìn)行從大到小排序，并篩選出排名靠前的MOFs材料；計算排名靠前的MOFs材料對二元混合體系中二元混合物的性能；對排名靠前的MOFs材料對二元混合體系中二元混合物的性能進(jìn)行從大到小排序并評分；最后，對排名靠前的MOFs材料對二元混合體系中二元混合物的性能的分?jǐn)?shù)進(jìn)行權(quán)重加和，得到綜合評分。本發(fā)明能加速MOFs材料研究和合成過程，避免傳統(tǒng)實驗試錯的盲目性，提高M(jìn)OFs材料篩選的準(zhǔn)確性和可靠性，有助于加速新材料的工業(yè)應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：吳穎,馬奔
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17