Materials Studio学习笔记(五)——溶液建模

1 溶液建模

本文学习笔记是参考B站UP主月只蓝的视频内容。

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月只蓝的个人空间-月只蓝个人主页-哔哩哔哩视频

月只蓝的视频内容较为基础,适合初学者入门。

本文视频内容链接为: https://b23.tv/Um2em0Y

1.1 物质的分类

(1)固态物质

晶态:各种晶体物质。

非晶态:橡胶、塑料、纤维素、煤和沥青等。

(2)液态

液态物质只包含一种物质:纯液体。

多种物质混合成一个均一稳定相:溶液。

多种物质混合成多个相:乳液、悬浊液。

(3)气态

只包含一种物质:纯气体。

多种物质混合:空气、合成气。


对于晶体物质来说,使用晶体晶胞模型,而对于其他物质,使用无定型晶胞模型。

构建溶液模型的基本步骤

  1. 画出溶液中各组分的分子、离子模型,并设置好力场和电荷。
  2. 获取溶液的密度、浓度信息,计算出溶液中各组分的摩尔比。
  3. 使用AC模块建模。

1.2 使用Materials Studio软件构建溶液模型

例如对于9%的NaCl构建模型,这里将9%的NaCl的生理盐水为1.06g/ml。

### Materials Studio溶液建模的方法 Materials Studio 提供了多种工具来支持溶液体系的建模和分析。其中,`Materials Visualizer` 是该平台的核心组件之一,主要用于可视化操作以及构建复杂的分子模型[^1]。对于溶液建模而言,通常涉及以下几个方面: #### 1. 构建溶剂环境 在 `Materials Studio` 中,可以通过 `Amorphous Cell` 模块创建无定形结构,这可以用来模拟液体中的随机分布情况。具体来说,用户可以选择一种或多种组分作为溶质和溶剂,并通过调整浓度参数设置合理的比例。 ```python from materials_studio import AmorphousCellBuilder # 定义溶质和溶剂成分 solute_molecule = "water.xyz" solvent_molecule = "methanol.xyz" # 创建无定形态单元格对象 builder = AmorphousCellBuilder() cell = builder.create_cell( molecules=[(solute_molecule, 5), (solvent_molecule, 95)], density=0.8, temperature=298.15 ) # 导出生成的溶液模型 cell.export("solution_model.cif") ``` 上述代码片段展示了如何利用 Python 调用 `Materials Studio API` 来定义并导出一个简单的二元混合溶液模型[^2]。 #### 2. 使用 Forcite 进行动力学模拟 为了研究溶液的行为特性,可采用 `Forcite` 模块执行经典分子动力学(MD)或蒙特卡罗(MC)模拟。这些技术能够帮助预测溶解过程的动力学细节及其热力学稳定性。 配置 MD 参数时需注意以下几点: - 温度控制方法的选择; - 压力调节策略的应用; - 时间步长与总运行时间的设计合理性。 #### 3. Castep 和 DFT 计算 如果目标是对特定化学反应机理进行深入探讨,则可能需要用到更高精度的第一性原理计算方法——即基于密度泛函理论(DFT)框架下的 `Castep` 工具包。它允许评估电子结构性质从而揭示微观层面的作用机制。 尽管这里提供了基本指导思路,实际应用过程中还需要依据具体的科学研究需求进一步优化流程设定。
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