用Diamond构建多面体MOF模型

撰文：Monster

编辑：CCL

所属部门：研之成理 —— 钟老师科学可视化工作室

适合人群：Diamond初学者、MOF研究者

知识点：1. Diamond构建晶体结构模型的基本步骤； 2. 哑原子的利用

 

本文目的是利用Diamond软件构建如下图1所示MOF-5的多面体模型：

图 1

因为Diamond是一款从晶体学数据生成空间立体模型的软件（可以简单理解为从数据点到3D图的过程），所以在构建晶体模型之前，需要对材料的空间结构和配位情况有一定的了解。比如，本例中MOF-5主要有无机和有机两部分构成，如下图2所示。无机多面体部分为Zn4O(CO2)6，无机部分之间通过有机苯环连接为一个整体。

图 2

对晶体的空间结构和配位环境有一定了解之后，我们从Zn原子开始，首先搭建无机部分，然后添加C原子，构建出Zn4O(CO2)6多面体，然后拓展到整个晶胞，最后补充连接苯环。具体操作步骤如下：

导入MOF-5.cif文件：

从晶体学数据库下载MOF-5的CIF文件（点击文末“阅读原文”就可下载cif文件）。打开Diamond，根据导引打开MOF-5。注意：在导引中，可以选择自动创建晶体模型，也可以选择创建空白文件，如下图3所示（如果选择的是自动创建晶体模型，在后面构建模型前，需要destroy所有原子，重新构建。）

图3

从Zn原子开始搭建Zn4O(CO2)6多面体模型：

Diamond中在搭建模型晶体模型之前，通常需要先检查空间群和原子间距离是否正确和合理。检查空间群：“Structure”– “Space Group” 如下图4所示:

图 4

检查原子间距离：“Build”- “Connectivity”，或者点击软件下部快捷键。如下图5所示，依次检查每对原子间距离是否合理。

图 5

点击快捷键 ，创建Zn原子，如下图6、7所示：

图 6

图 7

构建无机部分的时候，我们可以利用Diamond中的Filter命令，将所有操作限定在Zn、O原子之间，暂时不考虑C原子。依次选择Build – Filter命令，出现如下图8所示对话框，在Atom Groups栏中取消勾选除Zn、O之外的其他所有元素。

图 8

反复点击软件界面下方快捷键 “Fill Coordination Spheres Directly” ， ，直至原子不再增加。 Zn4O(CO2)6多面体框架开始出现，如下图9所示:

图 9

通过Build –Polyhedra生成Zn4O(CO2)6多面体，如下图10、11所示，注意中心原子（Central atom groups，此例中是Zn原子）和配体原子（Ligand atom group，此例中是O原子）的选择。

图 10

图 11

 

此时，Zn4O(CO2)6多面体基本构建完成，通过比较，发现还缺少C元素。再次打开Filter对话框（Build- Filter），在Atom groups中勾选C元素。点击无机多面体中C元素补充完成，如下图12所示。至此，Zn4O(CO2)6无机多面体单元构建完成。

图 12

 

完整晶胞的构建：

点击快捷键，多面体结构扩充到整个晶胞，如下图13所示。

图 13

点击快捷键，完整晶胞结构初显，如下图14所示。

图 14

同上构建多边形，并删除未成键原子，稍微调整角度，MOF-5基本单元构建完成，如下图15所示。

图 15

添加哑原子：

全选，点击快捷键，在MOF-5中心位置添加哑原子，如下图16、17所示。

图 16

 

图 17

双击中心哑原子，可以设置哑原子大小、颜色等参数，最终效果图如下图18所示：

图 18

 

互动话题：

         这种MOF结构又改怎么画呢？