培训资料模版-Sorption

MSSorptionCopyright©2010,NeotridentTechnologyLtd.AllrightsreservedCopyright©2010,NeotridentTechnologyLtd.Allrightsreserved.1目录Hands-on练习：采用Sorption模块预测CH4在沸石分子筛MFI中的吸附.............................1Hands-on练习：预测离子在Al取代的沸石分子筛MFI中吸附位.............................................7Hands-on练习：采用Sorption模块预测CH4在沸石分子筛MFI中的吸附练习目的：介绍如何使用sorption计算分子在沸石分子筛内吸附的载荷曲线使用模块：MaterialsVisualizer,sorption练习时间：一课时相关背景：Sorption被用来模拟吸附物（客体分子）小分子在有孔的3D多孔构架（主体分子）中的吸附，这些框架主要是一些多孔的无机结构，如沸石类、磷酸铝类，这些材料的行为特征在催化分离领域具有重要的应用价值。Sorption是为实验科学和计算化学设置的模块，输出分析特征，如自动计算和显示等温线，使得与吸附数据直接比较更为容易。本教程包括以下内容：开始设置计算参数开始计算分析结果1.开始在打开MS软件时，需要创建一个新的project。打开NewProject对话框，输入CH4_MFI作为project的名称,然后点击OK按钮。一个新的名为CH4_MFI的任务将会显示在任务工具栏中，下面将要输入需要的结构。从菜单栏中选择File|Import...点击Import按钮打开ImportDocument对话框，选择Structures/organics然后选择methane.msi，最后点击Open按钮。同理选择Structures/zeolites然后选择MFI.msi点击Open按钮。吸附计算要求P1晶体结构(没有对称性)，因为客体分子的插入将会打破任意对称性。因此需要将MFI改为P1。Copyright©2010,NeotridentTechnologyLtd.Allrightsreserved.2确保MFI.xsd是活性文件，选择Build|Symmetry|MakeP1。2.设置计算参数下面需要设置计算参数。点击Sorption工具按钮选择Calculation，将会打开SorptionCalculation对话框。SorptionCalculation对话框，Setup栏选择Adsorptionisotherm作为Task和Metropolis方法，设置Quality为Coarse。在Sorbates部分,点击molecular选择methane.xsd。注意：Coarse选项会使得这次计算很快，更好的统计结果需要设定为Medium或者Fine。需要设置最高和最低的逸出压（fugacities），计算将会在这个设定范围内以一定间隔来采点。本例中采用了一个低的fugacity为1atm(101.325kPa)和一个高的fugacity为10atm(1013.25kPa)。点击吸附物格子的第一个空白栏键入101.33kPa并在其后空白栏中键入1013kPa。点击Task的More...按钮，打开SorptionIsotherm对话框。设置Fugacity步数为9并选上Logarithmic，温度保证为298K，关闭对话框。在Energy栏中选择COMPASS力场，设置Charges为Forcefieldassigned，设置Quality为Medium，确保Ewald&Group为Electrostatic加和方法，而vanderWaals加和方法设置为Atombased。最后，确保计算的特征被选上。Copyright©2010,NeotridentTechnologyLtd.Allrightsreserved.3在Properties栏中，确保选上了Energydistribution，Densityfield和Energyfield。设置Sampleinterval为50，设置Gridresolution为Medium，Gridinterval自动会变为0.4Å。3.开始计算在JobControl任务栏Gatewaylocation中选择适当的路径。点击Run按钮关闭对话框。将会生成一个名为MFISorptionIsotherm的新的文件夹。在计算过程中，图表和文本文件将会不断的更新，计算大约花费5-10分钟，这决定于电脑CPU的速度。Sorption将会在101kPa-1013kPa范围内执行10个不同的fugacity值的固定压力的计算。MFIEtotal.xcd显示了每一步MC模拟的能量值，总能量和其组分的值均会被显现出来。MFIEnergy.xcd显示了能量分布图。MFILoading.xcd显示了瞬时载荷和平均载荷(每单位元胞内的分子数)。当设置了足够的MC步数时，上述每一个曲线图均会收敛于某一个最终值。当每一步的步数执行完后，程序将会自动进行下一个fugacity计算。注意：Status.txt，MFIEnergy.xcd，MFIEtotal.xcd，MFILoading.xcd和MFI.xsd等临时文件仅与模拟时间有关。当模拟结束后，他们可被忽略。输出文件MFI.txt，MFI.std和MFIIsotherm.xcd包括了吸附模拟的最终结果。4.结果分析选择MFISorptionIsotherm文件夹中的MFIIsotherm.xcd。Copyright©2010,NeotridentTechnologyLtd.Allrightsreserved.4CH4在MFI中的吸附等温线本教程中吸附等温线并不平滑，主要是因为采用coarse设置。采用Fine设置后，将会产生一个更加平滑和实际的等温线。注意：由于MC计算结果的偶然性，你计算的结果有可能与本教程中的结果不是非常一致，但是它们的精度类似。吸附等温线显示了分子在每单位元胞、每个fugacity的吸附。在一个典型例子中，曲线将会达到平衡载荷，然后没有分子在吸附在上面，达到饱和吸附。提示：MFI.xsd的3D原子文件为最后fugacity的模拟结果。下面检查密度和能量场。双击MFI.stdstudytabledocument。载荷曲线上每一个间隔的总能量、fugacity和能量组分在studytable文件中均可以看到。双击第三行中的结构MFI_structure_3。显示的细节将会与下面显示的图类似。Copyright©2010,NeotridentTechnologyLtd.Allrightsreserved.5CH4在MFI中吸附的密度场红色部分为CH4分子在MFI格子框架中的密度分布。表现在格子上的密度分布的分辨率为0.4Å。不管计算模拟的步数是多少，数据显示的总额将会恒定。提示：可以通过在Properties栏中设定一个不同的样品间隔来改变格子分辨率。下面通过改变volumetric来使得更好显示。选择View|Toolbars|VolumeVisualization，打开VolumeVisualization工具栏。在显示细节中存在两个细节，一个densityfield和一个energyfield.，先选择密度场。点击VolumeVisualization工具栏中的VolumetricSelection按钮，打开VolumetricSelection对话框，确定选择了methane-Density。现在可以改变区域的显示方式。右击MFI_structure_3打开DisplayStyle对话框。在Field栏中Coloring部分选择Colorbyfieldvalues。这个fieldchanges将会从同一个红色转变为一系列代表不同亮度值的颜色。提示：看数值与每种颜色的关系，选择VolumeVisualization工具栏中ColorMaps按钮。现在可以产生一个结合能量和密度分布信息的显示方式。Copyright©2010,NeotridentTechnologyLtd.Allrightsreserved.6选择displaystyle对话框中Field栏中的DisplayStyle为empty。点击VolumeVisualization工具栏中的CreateIsosurfaces按钮，打开ChooseFieldsToIsosurface对话框，选择methane-DensityofMFI，然后点击OK产生一个等密度面。当这个isosurface出现的话,点击它一次选中它。在DisplayStyle对话框的Isosurface栏中，将Isovalue设为0.02，在Mappedfield中选择methane-PotentialofMFI。现在创建了一个连续密度表面并通过势能给其上色。在这个显示中,深蓝区域有一个最低能量，深红区域能量最高可以用这种方法寻找在多空体系中最合适的束缚位置。CH4在MFI中等密度面显示本教程结束。Copyright©2010,NeotridentTechnologyLtd.Allrightsreserved.7Hands-on练习：预测离子在Al取代的沸石分子筛MFI中吸附位练习目的：介绍如何采用Sorption模块确定阳离子在沸石中的位置使用模块：MaterialsVisualizer,sorption练习时间：两课时相关背景：Sorption被用来模拟吸附物（客体分子）小分子在有孔的3D多孔构架（主体分子）中的吸附，这些框架主要是一些多孔的无机结构，如沸石类、磷酸铝类。在许多活性的分子筛中一些Si原子被Al原子所取代，这就必须需要额外的阳离子来平衡体系中Al离子电荷。Sorption模块可以计算离子体系，在这被用来预测阳离子的位置。但是，如给体系指定电荷会带来问题。在本教程中，将会学习如何采用Sorption模块来计算Na阳离子在沸石分子筛MFI中的位置。本教程包括以下内容：开始准备结构设置计算参数开始计算分析结果1、开始在打开MS软件时，需要创建一个新的project。打开NewProject对话框，输入Al_MFI作为project的名称,然后点击OK按钮。一个新的名为Al_MFI的任务将会显示在任务工具栏中，下面将要输入需要的结构。从菜单栏中选择File|Import...点击Import按钮打开ImportDocument对话框。选择Structures/zeolites然后选择MFI.msi，最后点击Open按钮。吸附计算要求P1晶体结构(没有对称性)，因为客体分子的插入将会打破任意对称性。因此需要将MFI改为P1。确保MFI.xsd是活性文件，选择Build|Symmetry|MakeP1。2、准备结构本教程需要用Al原子替代五个Si原子，可任意选择5个Si原子。但是，在一个实际的分子筛中，没有任意两个Al原子可以与同样一个O原子成键。Copyright©2010,NeotridentTechnologyLtd.Allrightsreserved.8选择MFI结构中5个Si原子。然后在菜单栏中选择Modify|ModifyElement|PeriodicTable...打开thePeriodicTable对话框。选择Al原子，然后点击OK按钮。点击3D结构外任意地方确定取消选中的Al原子。选择的Si原子将会替代为Al原子，颜色为粉红色。提示：如果将显示方式变为BallandStick后，更容易选择个别的原子。最后，需要创建一个新的文件包含额外的Na阳离子，用来平衡Al离子的电荷。从菜单栏中选择File|New...打开NewDocument对话框，选择3DAtomisticdocument点击OK按钮。在这个文件中加入一个单独的Na原子。在画图工具栏中点击原子画图按钮，然后在Element