PoreMS 使用指南

PoreMS 是一个强大的 Python 库，用于生成具有自定义孔隙特性和表面功能化的二氧化硅模型。本指南将详细介绍如何使用 PoreMS 构建和功能化多孔二氧化硅模型。

环境准备

安装依赖

确保您已安装 PoreMS 和 Python 环境。

pip install porems

导入库

在 Python 文件中导入 PoreMS：

import porems as pms

基础操作

初始化 PoreKit

PoreKit 是 PoreMS 的核心对象，用于管理孔隙结构的生成与功能化。

pore = pms.PoreKit()

设置晶体结构

生成 Beta-Cristobalit 晶体结构并指定尺寸。

pore.structure(pms.BetaCristobalit().generate([11, 11, 10], "z"))
pore.build()

模型构建

定义外部边界

通过设置外部区域半径和羟基浓度来定义晶体边界。

pore.exterior(5, hydro=6.06)

参数说明：

5: 在 z 方向上上下各增加 5 nm 的真空区域。
hydro=6.06: 外表面裸露氧原子的密度（单位：μmol/m²）。

添加孔隙结构

可以通过多种几何形状来定义孔隙：

圆柱孔

pore.add_shape(
    pore.shape_cylinder(2.5, 3, [5.5, 5.5, 5], central=[1, 1, 0]),
    hydro=6.06
)

锥形孔

pore.add_shape(
    pore.shape_cone(3.4, 4.1, 2, [5.5, 5.5, 21]),
    hydro=6.06
)

支持的孔隙形状

cylinder: 圆柱形。
cone: 锥形。
sphere: 球形。
cuboid: 长方体。

准备结构

调用 pore.prepare() 将裸露的氧原子羟基化，同时移除不符合规范的 Si 和 O 原子，并对表面进行平滑化处理。

pore.prepare()

表面功能化

功能化内部表面

为特定形状编号的孔内部表面进行功能化：

pore.attach(
    pms.gen.tms(),
    mount=0,
    axis=[1, 2],
    amount=6.06,
    shape="shape_00",
    site_type="in",
    inp="molar",
    scale=0.5
)

功能化外表面

pore.attach(
    pms.gen.tms(),
    mount=0,
    axis=[1, 2],
    amount=6.06,
    site_type="ex",
    inp="molar",
    scale=0.5
)

参数说明：

shape: 功能化的特定孔编号。
site_type: 功能化类型。
- in: 孔内部表面。
- ex: 孔外部表面。
amount: 功能化的目标浓度（单位：μmol/m²）。
scale: 功能化覆盖比例。

保存模型

完成结构生成后，将模型保存到指定路径：

pore.finalize()
pore.store("pores/shape1/")

pore.finalize() 会移除所有不符合规范的原子，并平滑化模型表面。

示例代码

import porems as pms

pore = pms.PoreKit()
pore.structure(pms.BetaCristobalit().generate([11, 11, 10], "z"))
pore.build()
pore.exterior(5, hydro=6.06)

pore.add_shape(
    pore.shape_cylinder(2.5, 3, [5.5, 5.5, 5], central=[1, 1, 0]),
    hydro=6.06
)

pore.add_shape(
    pore.shape_cone(3.4, 4.1, 2, [5.5, 5.5, 21]),
    hydro=6.06
)

pore.prepare()

pore.attach(
    pms.gen.tms(),
    mount=0,
    axis=[1, 2],
    amount=6.06,
    shape="shape_00",
    site_type="in",
    inp="molar",
    scale=0.5
)

pore.attach(
    pms.gen.tms(),
    mount=0,
    axis=[1, 2],
    amount=6.06,
    site_type="ex",
    inp="molar",
    scale=0.5
)

pore.finalize()
pore.store("pores/shape1/")

注意事项

羟基浓度: 确保 hydro 参数与实验条件一致。
路径设置: 保存路径应具有写权限。
功能化覆盖: 调整 scale 参数以优化覆盖比例。

总结

PoreMS 是一款高效且灵活的工具，可用于生成和功能化多孔二氧化硅模型，为材料设计和模拟提供支持。