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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smo.20230010
文章簡介 如今，計算化學已經成為探索化學實驗中的微觀過程及熱力學機制的有力工具，例如：分子自組裝、催化反應、有機/無機合成。隨著理論方法的發(fā)展及計算機硬件性能的飛躍，針對不同時空尺度下的模擬技術均得到快速的發(fā)展。如圖1所示，基于量子化學的密度泛函理論模擬(DFT)和從頭算分子動力學(AIMD)可以顯示電子尺度上的詳細信息。這些方法廣泛應用于化學反應機理的研究。分子動力學模擬(MD)擅長提供微觀結構以及熱/動力學信息,其可在更大的時空尺度下采樣，以便探索分子的結構變化、擴散、吸附及相分離等微觀現象的詳盡機制。動力學模擬根據模擬尺度可細分為全原子動力學模擬、粗粒度動力學模擬和介觀模擬。與MD相比，基于統(tǒng)計力學的蒙特卡羅模擬（MC）可在更大的時空尺度上進行采樣，甚至可以解決宏觀尺度的動力學問題?；诤暧^力學理論的有限元法（FEM）可以分析宏觀尺度下的力學性能以及動力學問題。 圖1.不同尺度下的模擬方法總結示意圖
本文以聚合物與沸石合成為例，介紹了不同的模擬方法在有機/無機合成領域的發(fā)展與應用。并指出：無論有機還是無機合成，從反應物到產物，這一過程往往涉及原子間的電荷轉移，分子內的構象轉變以及分子間的擴散與聚集等多個熱/動力學過程,使得單一尺度的模擬方法很難描述合成機制的全貌。因此，發(fā)展多尺度建模方法對進一步理解化學合成機制至關重要。進一步，從傳統(tǒng)的洋蔥方法到最前沿的深度學習勢函數方法，本文系統(tǒng)介紹了多尺度建模方法的研究進展，并分析了上述方法的優(yōu)勢與不足。通過對以往理論工作的總結，我們可以看到，盡管多尺度建模方法取得了長足的進步，但描述化學合成實驗中從反應物到產物的完整過程仍然是極具挑戰(zhàn)的，其中反應物的濃度、溶劑作用等一系列因素使合成機制變得異常復雜。因此，需要進一步發(fā)展化學實驗的多尺度甚至全尺度的建模方法，這對所有的理論計算領域的研究人員都是不小的挑戰(zhàn)。幸運的是，隨著軟硬件的不斷發(fā)展，理論框架的逐漸完善，我們相信構建全尺度的模擬平臺是很有可能的。在不久的將來，化學家借助全尺度的模擬平臺可以大幅度地提高合成效率。 以上內容以“Full-scale Modelling of Chemical Experiments”為題發(fā)表于 Smart Molecules 期刊，論文第一作者為遼寧大學物理學院講師王俊峰，通訊作者為中國科學院大連化學物理研究所李國輝研究員。 通訊作者 個人主頁鏈接： http://english.dicp.cas.cn/about/people/index_21148.html
