Materials Studio建模教程-6：准确定位和移动原子

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目的：介绍Materials Visualizer中移动模式、精确移动工具和对齐工具的使用方法。

所用模块：Materials Visualizer

往期系列教程：

背景：

在建立初始结构时，向特定位置移动、放置片段和原子的功能是非常重要的。例如，如果能够在分子筛通道的中心或距表面特定距离处准确的放置分子，将使建立复杂体系的过程变得迅速而容易。

Materials Visualizer中包含一系列可以完成上述任务的工具，这些工具位于3D Movement工具栏。这些工具可以以指定量平移和旋转原子，也能移动整个片段到一个几何中心上，或者对齐对象。在Materials Visualizer中可计算得到一系列几何对象，包括质心、最佳拟合直线和平面、主轴等，因此可用于执行不同种类的对齐操作。

介绍：

在本教程中，将使用精确定位和对齐工具在分子筛框架的主通道中放置一个氯代甲烷分子，然后将使用移动工具沿着分子筛孔移动氯代甲烷分子。

本教程包括如下内容：

• 开始
• 导入结构文件并定义质心
• 绘制氯代甲烷并沿着通道对齐
• 将氯代甲烷移动到通道的中心
• 将氯原子定位至晶胞边缘

• 将氯代甲烷分子移动特定距离

1、开始

启动Materials Studio并建立一个名为Zeolite的新工程。如想获得关于创建新工程的指导，可参见Project management教程。

如果Materials Studio还没有打开，双击桌面上的Materials Studio图标，或者从Windows开始菜单的程序列表中选择BIOVIA | Materials Studio，以启动程序。

打开New Project对话框，输入Zeolite作为工程名，单击OK按钮。

新工程将以Zeolite为工程名列于Project Explorer中。

注意：为了和本教程中的参数保持一致，可以使用Settings Organizer对话框将工程中所有参数都设置为BIOVIA的默认值。有关恢复默认参数设置的步骤，可参见创建工程教程（Creating a project tutorial）。

2、导入结构文件并定义质心

第一步是导入分子筛框架结构。

从菜单栏选择File | Import...或单击Standard工具栏上的Import按钮，打开Import Document对话框。导航至并选择Structures\zeolites\MOR.xsd，然后单击Open按钮。

工程中即导入了分子筛框架结构。起初，结构具有高度的对称性，在继续教程之前必须降低其对称性，因为它会限制添加原子和围绕孔隙移动原子的能力。可以通过给结构指定最简单的空间群P1来减小对称性。

从菜单栏选择Build | Symmetry | Make P1。

为了向分子筛通道的中心放置氯代甲烷分子，必须首先定义一个质心。质心是一个几何对象，其定义是原子集合的中心。

在本教程中，将向中心通道的中间放置氯代甲烷分子，为了做到这一点，需要选择定义通道的所有原子（如下图中以球棍显示模式显示的原子）。

进行质心定义需要选择的分子筛通道原子

最简单的方法是使用套索选择工具。

将光标定位到上图中标示出的X位置，同时按下SHIFT和Q键，单击左键并绕着要定义通道的原子拖动，用套索选取所有原子。

下一步是定义所选取原子的质心。

在Sketch工具栏上单击Create Centroid按钮旁边的选项箭头，从下拉列表中选择Centroid。在MOR.xsd中结构的之外单击鼠标，取消选择原子。

即定义了一个绿色的质心对象，并显示在通道的中心。

提示：可以使用Properties Explorer改变质心对象的性质。例如，通过改变IsWeighted性质的设置，可以更改质心是由原子坐标的质量加权平均值定义的，还是由简单的几何平均值定义。默认设置使用质量加权平均值。

3、绘制氯代甲烷并沿着通道对齐

先绘制氯代甲烷。

氯代甲烷的结构

在Standard工具栏中，单击New按钮旁边的选项箭头，从下拉菜单中选择3D Atomistic Document。

在Project Explorer，右键单击3D Atomistic.xsd，从快捷菜单中选择Rename。将文件名更改为chloromethane.xsd。

使用Sketch工具栏上的工具建立氯代甲烷分子结构。

单击Adjust Hydrogen按钮，然后单击Clean按钮。

已在结构中添加了正确的氢原子数量，并将结构调整至合适的几何构型。现在需要将氯代甲烷渗透剂复制并粘贴到分子筛框架中。

确保chloromethane.xsd为当前文档，然后按下CTRL + C，在Project Explorer中双击MOR.xsd，然后右击并从快捷菜单中选择Paste。

氯代甲烷分子应该被粘贴到晶胞的左下角。

在将分子放置到通道中心之前，应该应用对齐工具使将C－Cl键平行于通道。

按住SHIFT键，选择氯代甲烷分子中的C原子和Cl原子，单击Sketch工具栏上Create Centroid按钮旁的选项箭头，从下拉列表中选择Best Fit Line。

显示出一条绿色的虚线，表明两个原子之间的最佳拟合直线，现在可以将这条线与屏幕平面对齐。

按下HOME键复位视图。

选择绿色的最佳拟合直线对象，单击3D Movement工具栏上Align Onto View按钮旁的选项箭头，从下拉列表中选择Align In/Out。

C－Cl键现在指向了通道。现在可以删除刚才建立的最佳拟合直线对象。

旋转视图以使最佳拟合直线对象可见，选择最佳拟合直线对象并按下DELETE键。

4、移动氯代甲烷到通道的中心

下一步是利用Move To工具将氯代甲烷的C原子定位到质心上。

旋转晶胞以使氯代甲烷分子中心的灰色C原子可见。

注意：将看到显示了三个质心。晶胞外的两个质心为晶胞内质心的对称性镜像。

在3D Movement工具栏上单击Move To按钮。

将光标移动到氯代甲烷分子的C原子上，当颜色变成蓝色时，单击鼠标左键，移动光标到质心上，当颜色变成蓝色时再次单击。

氯代甲烷分子移动到了通道的中心并且氯代甲烷分子的C原子定位到了质心上。

提示：默认方式是移动包含选定原子的整个片段。可以通过选择特定原子，然后在使用Move To功能时按住ALT键来移动这些原子。

在3D Viewer工具栏上单击3D Viewer Selection Mode按钮，右键单击MOR.xsd并从快捷菜单中选择Display Style，显示Display Style对话框。

在Lattice选项卡中，将Style更改为In-Cell。使用键盘上的方向键旋转晶胞并从不同角度查看。

氯代甲烷分子现在已经移到了分子筛通道的中心，现在可以删除质心对象了。

选择质心对象，在MOR.xsd中右键单击，从快捷菜单中选择Delete。

5、定位Cl原子到晶胞边缘

可以使用另一个质心属性帮助定位氯代甲烷，以使Cl原子位于晶胞边缘。随着质心的移动，父片段也移动，可以在Cl原子上定义质心，然后编辑质心的属性移动Cl原子。

在MOR.xsd中选择氯代甲烷分子中的Cl原子，单击Create Centroid按钮旁的选项箭头，从下拉列表中选择Centroid。

即在Cl原子上定义了一个质心。

如果Properties Explorer现在不可见，可从菜单栏中选择View | Explorers | Properties Explorer。

Properties Explorer显示了质心的所有属性，被显示成灰色的属性是不可以编辑，显示成黑色的可以修改。

在Properties Explorer中，从Filter下拉列表中选择Centroid。双击CentroidXYZ属性，打开Edit CentroidXYZ对话框。

将Z值改成0.00，单击OK按钮。

在3D Viewer中，分别按住X、Y和Z键和鼠标右键，在屏幕上拖动光标，旋转晶胞。

氯代甲烷现在已经定向，Cl原子精确的处于晶胞的边缘，z=0。

6、以指定量移动氯代甲烷分子

Materials Visualizer提供了一套工具，能够以指定的量来移动片段和对象。

单击3D Viewer Reset View按钮，然后按下键盘上的向左箭头两次。

这将旋转晶胞，使得通道从左向右通过屏幕。

在氯代甲烷片段上双击，在3D Movement工具栏上单击Movement按钮。

打开Movement对话框，该对话框包括一些工具，允许通过精确的有规律的位移，平移和旋转选定的片段。

在Movement对话框的Translation区域选择Distance选项，单击Move Right按钮，然后单击Move Left按钮。

每单击一次按钮，氯代甲烷片段就沿指定的方向精确的平移0.5 Å。

注意：平移和旋转工具是相对于屏幕的x、y和z轴，而不是3D Viewer右下角显示的坐标轴。

可以通过以0.5 Å的增量在通道内移动氯代甲烷分子，探索分子筛通道的势能面，可将生成的结构保存在数据表中，然后对该结构序列进行能量计算。

从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。

本教程到此结束。

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