矿物数据库中新型无机电子化合物材料的模式筛选与发现

袁晓泽1,2，周余伟1,2，张香玉1，温晓东1(1.中国科学院山西煤炭化学研究所；2.中科合成油技术股份有限公司)

摘要：无机电子化合物是一类电子被局域在阳离子晶格骨架中的特殊材料，在电极材料、电子发射、催化等领域的应用前景广阔。近年来，发现和设计新型电子化合物成为研究热点之一。然而，当前主流方法均采用“直接”策略，难以有效识别和发现结构复杂的电子化合物前驱体。本工作提出了一种新颖的“间接”策略——不是直接得到电子化合物而是以其前驱体为导向的筛选策略。首次基于美国矿物学家晶体结构数据库(AMCSD)，设计了一个结合拓扑模式识别与第一性原理计算的多阶段筛选流程。该流程的核心是定义了一种基于化学局部配位环境的拓扑描述符，用以精准捕捉潜在的电子化合物前驱体结构。基于对AMCSD 数据库中20 488 个矿物晶体结构的系统性筛选，确定了18 个有高潜力的候选材料。从这些材料中不仅识别了已被实验报道的方钠石和磷灰石型电子化合物(验证了本方法的有效性)，而且还发现了7 种全新未见报道的结构原型。本工作不仅展示了“间接”策略在筛选和发现新型电子化合物上的有效性，同时也证实了矿物数据库是未被充分开发的电子化合物材料宝库，所建立的模式筛选方法也为系统性发掘其他新型功能材料提供了普适性参考方案。

关键词：无机电子化合物；前驱体；拓扑模式识别；高通量筛选；第一性原理计算