Materials Studio官方教程（Help-Tutorials）- Sorption预测甲烷在MFI沸石上的负载量-朋友的姐姐漫画

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。

简介：在本教程中，您将学习如何使用sorption在沸石MFI框架中计算小分子CH4的载荷曲线。载荷曲线是在一系列逸度上执行的一系列固定压力（正则系综）计算。

目的：说明如何使用吸附来计算沸石框架中分子的负载曲线。

本教程重要节点：

设置计算-运行计算-分析结果

1. 设置计算

从菜单栏中选择File|Import... 点击Import按钮打开Import Document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。

确保 MFI.xsd 是活性文件，选择 Build | Symmetry | Make P1。

下面需要设置计算参数。

点击Sorption工具按钮 选择Calculation，将会打开Sorption Calculation对话框。

选择Adsorption isotherm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1 atm (101.325 kPa) 和一个高的fugacity为10 atm (1013.25 kPa)。

点击吸附物格子的第一个空白栏键入101.33 kPa并在其后空白栏中键入1013 kPa。点击 Task的More...按钮，打开Sorption Isotherm 对话框。设置Fugacity步数为9 并选上 Logarithmic，温度保证为298 K，关闭对话框。

在 Energy栏中选择 COMPASS力场，设置Charges 为Forcefield assigned，设置Quality为Medium，确保 Ewald & Group为Electrostatic加和方法，而van der Waals加和方法设置为Atom based。

最后，确保计算的特征被选上。

在Properties栏中，确保选上了 Energy distribution，Density field和 Energy field。设置Sample interval为 50，设置Grid resolution为Medium，Grid interval自动会变为0.4 Å。

2. 运行计算

在Job Control任务栏Gateway location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MFI Sorption Isotherm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101 kPa-1013 kPa范围内执行10个不同的fugacity值的固定压力的计算。

•     MFI Etotal.xcd 显示每一MC模拟的能量值，总能量和其组分的值均会被显现出来。

•     MFI Energy.xcd 显示了能量分布图。

•     MFI Loading.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，MFI Energy.xcd，MFI Etotal.xcd，MFI Loading.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 MFI Isotherm.xcd 包括了吸附模拟的最终结果。

3. 分析结果

选择MFI Sorption Isotherm文件夹中的MFI Isotherm.xcd。

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，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.std study table document。

载荷曲线上每一个间隔的总能量、fugacity和能量组分在study table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。

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0.4 Å。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|Volume Visualization，打开Volume Visualization 工具栏。

在显示细节中存在两个细节，一个density field和一个energy field.，先选择密度场。

点击Volume Visualization 工具栏中的Volumetric Selection按钮，

打开Volumetric Selection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 Display Style对话框。在 Field栏中Coloring部分选择 Color by field values。

这个field changes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Volume Visualization工具栏中Color Maps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。

选择display style对话框中Field栏中的Display Style 为empty。点击Volume Visualization工具栏中的Create Isosurfaces 按钮，

打开Choose Fields To Isosurface对话框，选择methane-Density of MFI，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Display Style对话框的Isosurface栏中，将Isovalue设为0.02，在 Mapped field中选择methane-Potential of MFI。

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。

本入门教程到此结束。