今日JACS！12倍超金属配位SrB8单层的粒子群预测！

又到栀子花开的季节，又是一年毕业季！研究生们给自己的科研生涯留下怎样的浓墨重彩呢？让我们拭目以待吧！

1.Nature Communications：加速非晶聚合物电解质筛选学习，以减少分子动力学模拟性质的误差

聚合物电解质是下一代锂离子电池技术很有前景的候选者。在非晶体系中，进行分子动力学(MD)模拟的巨大成本，阻碍了聚合物电解质的大规模筛选：聚合物的非晶结构，需要多次重复采样以降低噪声，而缓慢的弛豫需要较长的模拟时间来收敛。在此，来自美国麻省理工学院的Tian Xie & Jeffrey C. Grossman等研究者，使用一个多任务图神经网络来加速筛选，该网络从大量有噪声的、不收敛的短MD数据和少量收敛的长MD数据中学习。研究者实现了4种不同收敛特性的准确预测，并筛选了6247种聚合物，这比以前的计算研究大了数量级倍。此外，研究者提取了几个聚合物电解质的设计原则，并为社区提供了一个开放的数据集。该方法可以适用于广泛的材料发现问题，包括复杂的模拟，非晶材料。

参考文献：

Xie, T., France-Lanord, A., Wang, Y. et al. Accelerating amorphous polymer electrolyte screening by learning to reduce errors in molecular dynamics simulated properties. Nat Commun 13, 3415 (2022).

https://doi.org/10.1038/s41467-022-30994-1

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-30994-1

2.Nature Communications：利用化学可转移机器学习势的大且可光转换分子的激发态非绝热动力学EGNS

光诱导化学过程，在自然界中普遍存在，具有广泛的技术应用。例如，光异构化可以使具有光转换支架(如偶氮苯)的药物被光激活。原理上，光开关具有期望的光物理性质，如高异构化量子产率，可以通过活性模拟的虚拟筛选来识别。在实践中，这些模拟很少用于筛选，因为它们需要数百条轨迹和昂贵的量子化学方法来解释非绝热激发态效应。在此，来自美国麻省理工学院的Rafael Gómez-Bombarelli等研究者介绍了一种基于非绝热态的非绝热人工神经网络(DANN)，以加速对偶氮苯衍生物的模拟。该网络比用于训练的量子化学方法快6个数量级。DANN可转移到训练集之外的偶氮苯分子，预测了与实验相关的未见物种的量子产率。研究者使用该模型来筛选3100个假想分子，并确定具有高预测量子产量的新物种。研究者采用高精度非绝热动力学方法对模型预测进行了验证。该结果为快速、准确的虚拟筛选光活性化合物铺平了道路。

参考文献：

Axelrod, S., Shakhnovich, E. & Gómez-Bombarelli, R. Excited state non-adiabatic dynamics of large photoswitchable molecules using a chemically transferable machine learning potential. Nat Commun 13, 3440 (2022).

https://doi.org/10.1038/s41467-022-30999-w

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-30999-w

3.JACS：过冷液滴界面的盐富集与动力学M BEGINS

NaCl在接触离子对(CIP)和溶剂分离离子对(SSIP)之间的转换反应，以及在冷液滴中的游离离子状态尚未被研究。在此，来自加拿大西安大略大学的Styliani Consta等研究者报告的直接计算证据表明，温度越低，离子间转换反应发生的距离表面越近。在过冷液滴中，次表面在盐中的富集更加明显。相对于CIP, SSIP的稳定性随着离子对向液滴外层转移而增加。在游离离子状态下，离子在溶液中独立扩散，Cl-的数密度除了在表面有众所周知的最大值外，在内部也有一个较大的最大值。在反应动力学研究中，研究者发现离子间NaCl距离反应坐标与溶剂自由度之间存在弱耦合，这与在本体溶液模型中发现的自由能垒扩散交叉形成对比。结果表明，水的自扩散系数比本体溶液中的自扩散系数大至少一个数量级。研究者建议利用在低温下增强的表面离子浓度来消除天然质谱电离方法中的盐滴。

参考文献：

Victor Kwan, Shoubhik R. Maiti, Ivan Saika-Voivod, and Styliani Consta. Salt Enrichment and Dynamics in the Interface of Supercooled Aqueous Droplets. Journal of the American Chemical Society Article ASAP DOI: 10.1021/jacs.2c01159

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c01159

4.JACS：无机矩阵中CdSe量子点的缺陷性

嵌入无机基质中的量子点(QDs)，在照明、显示和太阳能电池方面的潜在应用，已得到广泛研究。虽然大量的研究集中在它们的实验制备上，但它们相对较低的光致发光量子产率的原因，尚未被研究，而这严重阻碍了它们的实际应用。在此，来自武汉理工大学的Chao Liu & 法国巴黎理工大学的François-Xavier Coudert等研究者，使用含时密度泛函理论(TDDFT)来确定嵌入各种无机基质中的CdSe量子点的激发态的性质。在量子点/玻璃界面形成的欠配位Se原子和非桥接氧原子，导致了空穴波函数的局域化，导致了低能级激发态和弱振子强度的形成。这些状态为非辐射过程提供了途径，并与辐射排放竞争。研究者预测了CdSe量子点在不同基质中的光致发光性能，并进行了实验验证。本研究的结果，对理解嵌在无机基质中的CdSe量子点的基本光物理特性具有重要意义，这将有助于制备高发光玻璃。

参考文献：

Wenke Li, Kai Li, Xiujian Zhao, Chao Liu, and François-Xavier Coudert. Defective Nature of CdSe Quantum Dots Embedded in Inorganic Matrices. Journal of the American Chemical Society Article ASAP DOI: 10.1021/jacs.2c03039

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c03039

5.JACS：使用溶液中演化图来理解金属-有机骨架形核BEGINS

由于金属有机框架(MOF)合成和放大的复杂性质的相互作用，对其机理的理解仍然有待探索。在此，来自美国西北太平洋国家实验室的Vassiliki-Alexandra Glezakou & 英国伦敦大学学院的Matteo SalvalAglio等研究者，以MIL-101(Cr)为例，研究了MOF成核初期建筑单元的集体组装。通过大规模分子动力学模拟，研究者观察到溶剂(水和N,N-二甲基甲酰胺)的选择、离子(Na+和F-)的引入以及MIL-101(Cr)半二级构筑单元(半-SBU)异构体的相对居群对团簇形成过程有强烈的影响。此外，形状、大小、成核和生长速率、结晶度以及短、长顺序也因合成条件的不同而有很大的不同。当研究者将MOF原子核的自组装解释为无向图的时间演化时，研究者评估了这些自然出现的性质。溶液诱导的构象复杂性和离子浓度，对组装过程中出现的团簇的形态有显著影响。纯溶剂导致少量大团簇的快速形成，而离子在水溶液中的存在导致更小的团簇和更慢的成核。这种多样性被图表示的关键特征所捕获。图性质的主成分分析表明，MOF自组装解卷积只需要少量的分子描述子。半-SBUs和分形维数之间的平均配位数等描述符具有特别的兴趣，因为它们可以通过时间分辨光谱等技术在实验中跟踪。最终，图论出现作为一种方法，可以用来理解复杂的过程，揭示分子描述符可通过模拟和实验获得。

参考文献：

Loukas Kollias, Roger Rousseau, Vassiliki-Alexandra Glezakou, and Matteo SalvalAglio. Understanding Metal–Organic Framework Nucleation from a Solution with Evolving Graphs. Journal of the American Chemical Society Article ASAP 

DOI: 10.1021/jacs.1c13508

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c13508

6.JACS：具有12倍金属配位的SrB8单层的粒子群预测 

含有平面超坐标图案的材料，极大地丰富了对化学键的基本认识。在此，来自吉林大学的Jian Lv & Yanchao Wang 和美国波多黎各大学的Zhongfang Chen等研究者，通过第一性原理计算结合全局最小搜索，发现了迄今为止在扩展周期材料中平面配位数(12)最高的SrB8单层。在SrB8单层中，桥接的B8单元形成了由B12环组成的硼单层，Sr原子嵌入在这些B12环的中心，形成Sr@B12图案。SrB8单层膜具有良好的热力学、动力学和热稳定性，这是由于Sr原子的大小与B12环空腔的几何拟合，以及Sr原子向缺电子硼网络的电子转移。将SrB8单层放置在Ag(001)表面，晶格可通约性好，垂直结构起伏小，表明其通过外延生长实现实验的可行性。研究者还探讨了SrB8单层膜，在Li、Na、K等金属离子存储方面的潜在应用。

参考文献：

Xin Qu, Lihua Yang, Jian Lv, Yu Xie, Jinghai Yang, Yukai Zhang, Yanchao Wang, Jijun Zhao, Zhongfang Chen, and Yanming Ma. Particle Swarm Predictions of a SrB8 Monolayer with 12-Fold Metal Coordination. Journal of the American Chemical Society Article ASAP

DOI: 10.1021/jacs.1c13654

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c13654