材料基因組學研究取得新進展

在國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃等項目資助下，北京化工大學化學工程學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領域取得重要進展，在國際上提出納米多孔材料高通量構筑的全新基因組學方法論，并與上海有機所的趙新教授團隊合作，通過定向實驗實現(xiàn)了所設計的新型拓撲結構材料。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。

科學技術的革新和經(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用領域開始嶄露頭角。當前，材料基因組計劃(MGI)正引領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，基于材料基因組學理念構筑出具有豐富拓撲類型和孔道化學性質的龐大結構空間，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“仿化學反應”劃分COF材料基因的學術思想，并通過概念創(chuàng)新和計算構筑方法創(chuàng)新，提出含反應位點信息的“遺傳結構單元”新概念(GSU)和開發(fā)出基于“似反應連接組裝算法”的高通量構筑方法(QReaxAA)，并針對2D材料的構筑提出一種“自適應算法”來解決如何設置材料層間距的問題，在此基礎上建立了相應的基因庫和包含約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方法論的有用性和可靠性。該工作不僅為高通量材料構筑提供了有用的方法和工具，而且可為利用材料基因組學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。