一种基于逆向拓扑分析的分子筛结构预测方法

Zeolite is a kind of microporous materials composed of mix (or mono) oxides of Si, Al, P etc. The different property and application endowed by the different structures. Up to now, structure database of International Zeolite Association includes 231 types of zeolite which have been synthesized or found in the nature as minerals. However, there are infinite possible of zeolite structures according to theory. Thus, the zeolite researchers have devoted many efforts to predict the unknown structures, and built many hypothetical structure databases to help zeolite structure elucidation. In addition to provide the initio structure model for structure solution, the hypothetical structures may also offer a huge pool of promising candidate for the function-oriented synthesis in the future. In this project, two topological analysis tools of inorganic crystalline materials, i.e. Coordination Sequence(CS), Vertex Symbol(VS) will be used for zeolite structure prediction. And then the hypothetical zeolite structure will be analyzed by many approaches to evaluate its chemical feasibility. Meanwhile, the mathematical theoretical researches about CS+VS and topological based “nucleation” process investigation will be carried out.

沸石分子筛是由硅,铝,磷等混合（或单一）氧化物构成的一类微孔晶体材料，由于结构的不同使其具有迥异的性质和应用。国际分子筛协会数据库迄今为止收录了231种沸石分子筛结构，但在理论上，沸石分子筛结构可能是无限的。这就使得人们使用各种方法去假想未知的分子筛结构并建立假想结构数据库。分子筛假想结构可以帮助分子筛研究工作者们提出分子筛结构解析需要的初始模型，还能为未来的功能导向的定向合成提供巨大的对象池，进而帮助我们从性质需求出发寻找可能的未知新型分子筛并预测合成方法。本项目将使用配位序和顶点符号这两种拓扑分析工具，逆向而行，构建分子筛假想结构。进而分析假想结构化学可行性，并构建数据库供人查询。与此同时，开展配位序相关的数学理论研究，以及分子筛成核过程的拓扑学研究。

分子筛假想结构可以帮助分子筛研究工作者们提出分子筛结构解析需要的初始模型，还能为未来的功能导向的定向合成提供巨大的对象池，进而帮助我们从性质需求出发寻找可能的未知新型分子筛并预测合成方法。本项目将使用配位序和顶点符号这两种拓扑分析工具，逆向而行，构建分子筛假想结构。在研究过程中我们还提出了沸石分子筛最小指纹结构(Minimal Finger Structure)，首次明确一个沸石分子筛生长过程中究竟生长到多大时才能成为某一种特定的分子筛，对在同一凝胶条件下生成多种多形体的结晶体系有着重要的指导作用。最小指纹结构提供了一种特殊的视角去看待在同一个凝胶组成中有几相不同的沸石分子筛结晶的体系中晶体的晶核的最小尺寸问题。基于该思想，我们采用两种生物碱采用苦豆子中提取的生物碱作为有机结构导向剂合成了一种新型超大孔硅锗分子筛(命名为SYSU-3)。使用简单分子筛杂交和复杂分子筛降解形成新型骨架结构的理论预测得到8种新型沸石分子筛假想结构,已确认该8种假想结构不能通过其他方式预测。