1. 研究目的与意义（文献综述）
| 近年来,一些具有优良性质的多孔骨架材料被许多课题组设计与合成。由于该类材料具有较高的热稳定性和化学稳定性、较大的比表面和可控的孔道尺寸被广泛地用在气体的存储和选择性分离等方面。作为材料科学研究中较年轻的一员,多孔骨架材料迅速成为近年来国际科学界关注的热点之一。 金属有机骨架配合物(MOFs)，通常金属离子或金属簇与有机配体通过自组装过程形成具有周期性无线网络结构的晶态材料，因此MOFs具备了有机高分子和无机化合物两者的特点。最近十几年时间里，对于MOFs，在吸附、分离、催化和储氢等诸多方面显示出独特的物理和化学性能。 共价有机骨架化合物（COFs）的骨架全部由轻元素（H、B、O、C、Si等）构成，因此晶体密度较MOFs低得多。轻元素通过很强的共价键（C-C、C-O、B-O、Si-C等）连接起来可以形成一维或三维的多孔结构，研究发现COFs的高表面积，低密度等优点使其在储氢领域具有很大的优势。 多孔芳香骨架材料（PAFs）是采用一个或多个苯环作为桥联体连接金刚石骨架中的碳原子而形成的一系列多孔骨架材料的总称。PAFs由于其具有骨架密度低、比表面积大、特殊的骨架结构及优异的热及水热稳定性等特点，在储氢方面表现出良好的特性。 虽然近年来有越来越多的研究人员加入到多孔骨架材料的开发、研究工作中，但迄今为止已经在实验室中合成出来的多孔骨架材料数量依然十分有限，只是可预测数量的很少一部分。同时期，研究人员已经通过理论方法虚构出了数量庞大的MOFs、COFs和PAFs等多孔骨架材料，如Snurr研究组开发出NU-100系列新型多孔骨架材料就是典型例证，首先通过理论方法构造了NU-100的分子结构，由巨正则蒙特卡洛（GCMC）模拟预测到其具有良好的储氢性能，然后利用实验手段测出实验室合成的NU-100结构与理论结构非常一致，并且其在77K下最大过量氢吸附量达9.95wt%，超过了绝大多数现有多孔骨架材料的储氢能力。Wilmer等利用五种不同的金属团簇与百余种有机配体构造了13000余种新型多孔骨架材料结构，并采用高通量筛选方法对其甲烷吸附性能进行筛选，不仅筛选出300余种具备超高甲烷储存能力的新型多孔骨架材料结构，而且在理论上进一步阐释了材料结构与性能之间的关系。Canepa等以及曹达鹏研究组也在计算机高通量筛选多孔骨架材料方面开展了相关工作。因此，采用计算的方法筛选出具备最佳常温储氢性能的多孔骨架材料已经成为相关研究领域中必不可少的研究手段之一，而开发多孔骨架材料数据库是实现高通量计算筛选方法的基础，具有很重要理论与现实意义。
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2. 研究的基本内容与方案
| （一）研究的基本内容、目标 研究目标： 本课题以高通量筛选具有优异储氢性能的多孔骨架材料为目标，建立包含若干多孔骨架材料结构与储氢性能的完整数据库，包括相关材料（含部分自主分子设计材料）的基本信息、结构与性质参数等，具备查询与筛选功能。 研究内容： 1．收集和设计各类MOFs、COFs、PAFs材料的结构模型与结构参数，如晶体大小、比表面积、孔隙率等，以及其储氢性能； 2．熟练掌握利用MS、RASPA2等软件确定各类多孔骨架材料结构信息的方法； 3．建立具有多线索查询功能的多孔骨架材料数据库，为实现多孔骨架材料储氢性能的高通量筛选目标奠定基础。 （二）拟采用的技术方案及措施 1．收集和设计各类MOFs、COFs、PAFs材料的结构模型200种以上，包括采用有机联接体和骨架节点替换策略设计若干新型PAFs材料，并采用MS、RASPA2等软件计算其结构参数； 2．对部分新型结构进行构型优化，比较优化前后的结构参数； |
3. 研究计划与安排
| 第1-2周：资料收集、整理，撰写开题报告，完成英文翻译 第3-5周：熟悉掌握MOFs、COFs、PAFs材料分子建模、结构参数计算 第6-9周：收集与设计MOFs、COFs、PAFs材料的分子模型并确定其晶体结构参数
第9-13周：以网页形式建立具有多线索查询功能的多孔骨架材料数据库 第14周：论文撰写、修改、定稿、打印 第15周：准备论文答辩
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4. 参考文献（12篇以上）
[1]xuanjun wu, j. huang, w. cai, et al. force field for zif-8flexible frameworks: atomistic simulation on adsorption, diffusion of puregases as ch4, h2, co2 and n2[j].rsc adv 2014, 4: 16503-16511.
[2]xuanjun wu, rui wang, hongjun yang, wenxuan wang, weiquan cai,qingzhong li. ultrahigh hydrogen storage capacity in novel porous aromaticframeworks[j]. journal of materials chemistry a,2015, 3(20):10724-10729.
[3] c.e. wilmer, m. leaf, c.y. lee, o.k. farha, b.g. hauser, j.t.hupp, r.q. snurr. large-scale screening of hypothetical metal-organicframeworks[j]. nature chem.,2012, 4:83-89.
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