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【计算教程007期】MS建模教程第二期——CIF文件的获取

盟主 科学指南针一模拟计算联盟 2022-07-09
这是MS建模教程第二期,里面会大部分内容讲如何直接从其他途径获取cif文件。和量化计算不同,周期性计算自己手搭模型真的是下策,一来麻烦,二来麻烦,三来容易出错。
提前做个声明:cif文件可以保存孤立分子信息,但是本文讲的全都是周期性结构。

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CIF是啥
CIF文件是晶体学信息文件,CIF是Crystallographic InformationFile的首字母。它包含了每个晶体的详细信息,如名称、文献、数据库编号、化学组成、晶胞参数、密度、空间群、原子坐标等。更多关于CIF文件格式的信息,参考各种百科或者看看https://www.iucr.org/resources/cif


假设打开cif总是报错而你又找不到原因,可以用记事本打开cif文件,用里面提供的信息手动建模。


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CIF的获取途径


我按照获取难易程度兼顾资源丰富程度来主观排个序。

直接搜索数据库,你可能会找到一堆的结构信息,如何分辨是不是自己需要的结构信息,需要你提前对自己的做的材料做一个表征,比如XRD。Jade中对照标准谱,然后读取晶胞参数,然后用晶胞参数对照你在数据库中看到的各种结果。

2.1

Materials Studio自带数据库

具体用法:在project名字上面右击然后import,定位到安装路径下\share\Structures

导入后另存为就好。



2.2

Materials Project https://materialsproject.org/

这是个基于第一性原理计算结果的数据库。结构搜索神器,第一性原理计算材料的天堂(刘锦程语)。里面不但有实验结构参数,还有理论计算参数。总之用用你就会收藏的。登陆需要Google账号或者github账号,大家注册一个方便使用。



2.3

晶体学开放数据库:http://www.crystallography.net

简介:CrystallographyOpen Database是一个免费的晶体学数据库,无机、有机晶体数据文件都有,完全免费,可以直接得到cif文件。数据完整度上有所欠缺,一般情况可以解决大部分问题。少部分问题还是需要收费的CCDC和ICSD。

不会使用的同学,留言吧,有必要的话会推一个教程讲怎么操作。



2.4

FindIt软件

一般大家找不是很新的无机晶体可以使用FindIt软件,网上应该可以轻易找到2011版资源,此处大家自己检索互联网,我们不提供此资源。这个软件是ICSD的离线图形化版本(此处如果说错了,请大家批评指正)。简单的使用教程参考

https://wenku.baidu.com/view/01090a747cd184254b35359d.html

 

2.5

CCDC晶体数据库:http://www.ccdc.cam.ac.uk/cgi-bin/catreq.cgi

简介:CCDC晶体数据库(The Cambridge Crystallographic Data Centre)是收费的,但是可以从该网站页面直接免费索取94年之后发布的晶体结构文件,CCDC库可以查找有机物。网上有离线版本流出来,善用搜索,自己解决。

 

2.6

美国矿物学晶体结构数据库:http://rruff.geo.arizona.edu/AMS/amcsd.php

这个是卢天老师推荐的数据库,可以获得大量无机晶体的晶体学信息和结构文件。

 

2.7

沸石结构数据库:http://www.iza-structure.org/databases/

这个也是卢天老师推荐的库,可以获得各种沸石的信息和cif文件。

 

2.8

ICSD无机晶体数据库:https://icsd.ill.fr/index.html

https://icsd.fiz-karlsruhe.de/index.xhtml

使用demo账户可以免费获取但是你想搜的基本都没包含进去。


ICSD无机晶体数据库(The Inorganic Crystal Structure Database,ICSD)

包括化学名和化学式、矿物名和相名称、晶胞参数、空间群、原子坐标、热参数、位置占位度、R因子及有关文献等各种信息。该数据库从1913年开始出版,至今已包含近10万条化合物目录。每年更新两次,每次更新会增加2000种新化合物,所有的数据都是由专家记录并且经过几次的修正,是国际最权威的无机晶体结构数据库。


数据库是好数据库,可以用极为优秀来评价,就是获取太难,很多学校没买,有需要的同学请抱紧中科大清华同学的大腿。

 

2.9

Google

用关键词  物质名 CIF 来检索,具体试试就知道,屡试不爽。做钙钛矿啦这类课题的同学可以优先试试这条。

 

2.10

手工搭建

此方法是我说的下策,能找到现成的绝不自己动手。

手工搭建这里分为两种,一种是根据文中已有的结构信息,自己来搭建。还有一种是常见于COF结构搭建的,你会发现有人能给出COF的cif文件,这是一件很神奇的事情,为何神奇,做COF的同学肯定知道。其实都是根据猜想之类的信息自己搭建的,具体搭建可能使用的是CrystalMaker之类的软件。本文讲的是如何根据文献中信息搭建需要的模型。




接下来是手工搭建教程


首先找到文献,这一步门道挺多,但是图情学相关的内容,这里就不展开了,也许不知道多久之后我会写一些类似于《学校给你买了WOS,为啥你还在用百度学术》之类的文章发布。

这里用DOI:10.1103/PhysRevLett.100.045702中给出的某种SnxOy的数据去构建模型


这部分操作其实在之前第一次的CASTEP教程里面已经教过了,这里再给详细一点,仔细体会每一步的用意。我演示Sn3O4的搭建过程,Sn2O3大家自己练习用。


首先我们先要根据文献给的晶胞参数构建一个晶格。

具体信息如下



这里每个信息都很重要,空间群,abc,αβγ,这里原本想让大家抱紧学过固体物理的同学的,想想还是算了,随便一本讲了晶体结构的书,这部分你都能看得懂。


首先打开MS,新建一个project,然后随便命名成什么

然后右击-New- 3DAtomistic Document

然后在菜单栏build/crystals/buildcrystal

如下面这样的窗口,如果你知道该空间群的代号直接输入就好,不然就下拉菜单慢慢找。可以先在这里确定一下https://www.cryst.ehu.es/cgi-bin/cryst/programs/nph-table?from=kv



然后跳转到下一标签页LatticeParameters。输入以下参数。这里你会发现α和γ是锁死的,那是因为空间群确定了,这两个数值已经确定了。如果你自己在根据文献建模时候发现这里的某些数值锁死,但是和文献中给的不一样,可能是你或者文献搞错了空间群。


这里有个地方要提醒一下,虽然大家一般不会犯这个错误。请注意,长度单位是埃米,有的文献中给出的是纳米,千万别搞错了。



设置完之后点击上面的Build(我这里显示Rebuild是因为我是用已经建好的结构给大家截图演示的)

 

已经根据文献建立好了晶格,下面就是添加原子。

需要的参数在



在菜单栏build/add atom打开Add Atoms对话框



先注意观察一下上面给的坐标,我们注意到是Atomic fractional coordinates,有的不会明确写出来是分数坐标,你要自己判断。分数坐标有个很明显的特征:没有数字大于1.一定要在Options标签页中选上Fractional



回到Atoms标签页中,先点击Element右边的三个点,会打开元素周期表,然后把Sn选上,然后OK退出。然后如下图这样设置,然后点击Add



此时第一个Sn原子就被加入进了晶格中。

依次添加其他的Sn和O原子。

弄完之后,大概长这个样子



如果觉得O原子伸出去很难看,可以Build/crystal/rebuild crystal点一下rebuild即可去除。



你还可以右击选Label,在label选项框右边选中Element Symbol,然后按Apply,即可在原子上显示原子符号



还可以在MS界面左下角再检查一次晶胞参数等信息



至此,手工搭建三维模型讲完了。真的已经是史上最详细的教程了,没办法再详细了。一维纳米管纳米线建模、二维建模包含简单的异质结建模就下次唠唠吧。

 

                             

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    你“在看”我吗



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