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  在國家自然科學基金和國家重點研發計劃等項目資助下，北京化工大學化學工程學院陽慶元教授與仲崇立教授研究團隊近期在材料基因基因組學領域取得重要進展，在國際上提出納米多孔材料高通量構筑的全新基因組學方法論，并與上海有機所的趙新研究員團隊合作，通過定向實驗實現了所設計的新型拓撲結構材料。研究成果以“Materials genomics methods for high-throughput construction of COFs and targeted synthesis”為題，于2018年12月10日在《自然?通訊》上在線發表。該期刊主要刊登自然科學領域最新的科研進展，其最新發布的影響因子為12.353。

  科學技術的革新和經濟社會的發展越來越依賴于新材料的進步，其中COFs為有機單體通過強共價鍵相互連接而形成的一類新型晶態多孔聚合物材料，近年來在諸多潛在應用領域開始嶄露頭角。當前，材料基因組計劃（MGI）正引領一種嶄新的材料研發模式，其中一個重要的挑戰在于融合高通量計算技術，基于材料基因組學理念構筑出具有豐富拓撲類型和孔道化學性質的龐大結構空間，以用于識別最佳的可能材料。為此，該工作中創造性地提出了“仿化學反應”劃分COF材料基因的學術思想，并通過概念創新和計算構筑方法創新，提出含反應位點信息的“遺傳結構單元”新概念（GSU）和開發出基于“似反應連接組裝算法”的高通量構筑方法（QReaxAA），并針對2D材料的構筑提出一種“自適應算法”來解決如何設置材料層間距的問題，在此基礎上建立了相應的基因庫和包含約47萬種材料的龐大數據庫，并利用其中的四個材料作為概念驗證示例進行了定向合成，成功地證明了所建立基因組學方法論的有用性和可靠性。因此，本工作不僅為高通量材料構筑提供了有用的方法和工具，而且可為如何利用材料基因組學思想進行新材料開發給予借鑒，有助于材料研發模式的變革，使材料開發更環保和高效。

概念創新與構筑方法創新

圖1. 左圖：研究思路與基于GSU的材料基因的劃分方法；右圖：基于QReaxFF方法的2D和3D COF材料的組裝過程。

發現的新型拓撲結構及其定向合成

圖2. 左圖：發現的COF材料新型拓撲結構；右圖： COF材料合成，其中基于全新ffc拓撲的材料采用的是具有四邊形幾何形狀的GSU作為核心構建單元

  論文的第一作者為化學工程學院博士生蘭友世，通訊作者為陽慶元教授、仲崇立教授和趙新研究員。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-07720-x