如何计算体系孔径分布、三维探针分布、连通性
本文摘要：（由ai生成）
本文介绍了孔结构分析工具Zeo++和VisIt的安装与使用方法。Zeo++用于计算孔径分布、比表面积、孔体积等，而VisIt用于可视化和分析模拟结果。首先，从官网下载Zeo++并编译安装，然后通过特定命令计算孔径、比表面积、孔体积和孔径分布。VisIt软件可从其官网下载并直接安装。Zeo++适用于MOF材料的cif结构分析，而聚合物材料需先进行分子动力学模拟。文章还提供了详细的命令和参数说明，以及如何使用VisIt进行图形化展示。
不管是聚合物体系或者是多孔材料体系，研究者们都会关系其内部的孔径及其分布、比表面积、孔体积、孔形态及其通道分析等。孔结构分析工具Zeo++，特别适用于计算体系的孔径及其分布、比表面积、孔体积、孔形态及其通道分析等。
1. Zeo++软件安装
1）在下面的网址下载软件：
http://www.zeoplusplus.org/download.html（也可以加入模拟之家QQ群获取：709020941）
2）解压软件，在当前路径下将会生成文件夹zeo++-0.3：
tar -zxvf zeo++-0.3.tar.gz3）编译：
cd zeo++-0.3/voro++/srcmakecd ../..make
4）执行完上述编译过程后，会在“zeo++-0.3/”目录下生成一个名为 “network”的文件，即为采用zeo++软件进行计算的可执行文件。使用管理员权限把network拷贝到：/usr/local/bin目录下即可运行。如果没有管理员权限，可添加环境变量即可。
2. VisIt 软件安装
VisIt最初由美国能源部（DOE， the Department of Energy，）开发，用于可视化和分析太赫兹尺度模拟的结果。可从下面网址下载：
https://visit-dav.github.io/visit-website/releases-as-tables/#series-33由于是windows软件，直接双击运行安装即可。（也可以加入模拟之家QQ群获取：709020941）
3. 运行示例
该软件可以直接对MOF材料的cif结构进行分析。对于聚合物材料或者其他无定形结构，建议先使用分子动力学模拟平衡后，得到最后的结构文件进行分析。比如GMX输出的最后一帧结构，但是zeo++软件不能读取gro文件，所以需要先把gro文件转换为pdb之后，再使用MS转为car文件，或者使用VESTA转换为cif文件。
1）计算孔径 (Pore Diameter)
运行命令：
network -ha -res test.car上面的car后缀文件可以是cif格式的（下同）。然后会得到test.res文件，里面内容为：
test.res 4.89082 3.03868 4.81969第2~4列分别为：全局最大孔腔直径(global cavitydiameter，GCD)，孔腔极限直径(pore limiting diameter, PLD)、最大孔腔直径(largest cavity diameter, LCD)。
如果把上述命令中-res改为-resex，则文件的输出内容如下：
test.res 13.112360 6.65120 13.13460 6.62375 6.64126 6.65080 13.11218 13.14560 13.19140第2到第4列的数据与上述描述相同。在后面的6列中，前3列表示晶体元胞在晶轴a/b/c三个方向上的最小孔径直径（PLD），剩下的3列表示这三个方向上的最大连通直径（LCD）。通过这些结果，可以判断材料中的PLD通道是沿着哪个方向的。
2）计算比表面积 (Surface area)
network -ha -sa 1.2 1.2 2000 test.car第一个1.2 (chan_radius)表示用于探测材料内部孔道空间可达性的探针分子半径（单位：Å）；第二个1.2 (probe_radius)表示用于计算比表面积的探针分子半径（单位：Å）；2000表示在每个材料原子周围进行Monte Carlo抽样探测的次数。这些数值可以根据实际需求进行调整，且通常情况下，chan_radius和probe_radius设置为相同的值。运行结束会生成一个文件tset.sa。文件的内容如下：
@ test.sa Unitcell_volume: 307.484 Density: 1.62239ASA_A^2: 60.7713 ASA_m^2/cm^3: 1976.4 ASA_m^2/g: 1218.21NASA_A^2: 0 NASA_m^2/cm^3: 0 NASA_m^2/g: 0
其中，Unitcell_volume为元胞的体积，ų；Density为晶体密度，g/cm³；ASA为材料的可及比表面积(accessible surfacearea)；NASA为材料的非可及比表面积(inaccessiblesurface area)。
3）可及孔体积 (Accessible volume)
可及孔体积在这里定义为球面探针中心可达的体积，运行下面命令：
network -ha -vol 1.2 1.2 50000 test.car上面参数含义和计算比表面积类似。如果探针半径设置为0，则所计算的结果为材料内部不被骨架原子所占据的几何孔体积。
运行结束会生成一个文件tset.vol。文件的内容如下：
@ test.vol Unitcell_volume: 307.484 Density: 1.62239AV_A^3: 22.6493 AV_Volume_fraction: 0.07366 AV_cm^3/g: 0.0454022NAV_A^3: 0 NAV_Volume_fraction: 0 NAV_cm^3/g: 0
AV为材料的可及孔体积(accessible pore volume)；AV_Volume_fraction为材料的可及孔隙率；NAV为非可及孔体积(nonaccessible pore volume)
4）孔径分布 (Pore SizeDistribution, PSD)
命令和上述命令相似，仅改变关键字为计算孔径分布的-psd即可：
network -ha -psd 1.2 1.2 50000 test.car运行结束之后，得到一个test.psd_histo文件，里面记录了Bin、Cumulative_dist、Derivative_dist等信息，把第1列和第4列作图，即可得到孔径分布图，如：
同时，也会生成一个test.vpsdpts的文件，使用Vislt作图，可以得到三维的孔径分布图，类似下图所示：
5）计算体系的连通性 (Voronoi network)
命令和上面命令类似：
network -ha -visVoro 1.2 test.car运行结束之后，会生成
test_voro_accessible.vtktset_voro_nonaccessible.vtktest_voro_accessible.xyztset_voro_nonaccessible.xyz
文件，使用Vislt作图，可以得到三维的连通性图片，类似下图所示：
（The interconnected (green) and disconnected (red) voids with respect to a probe of 1.2 Å radius）
