CN113223631A - 一种晶体结构解析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种晶体结构解析方法与系统，能够解决在衍射强度不够准确的情况下，传统方法无法解出正确晶体结构的问题。本发明通过从大量搭建的备选晶体结构中，依据几何特征、能量、衍射强度匹配等标准筛选出部分可能与目标结构相似的结构，计算相似结构特定衍射的结构因子相角，用相似结构的结构因子相角替代传统结构解析中的估算结构因子相角，可显著提升晶体结构解析的成功率。在自然界和人工合成出的晶体材料中，大量材料因其尺寸、形貌、稳定性等原因无法直接利用传统的衍射方法获得晶体结构，因此该发明具有较好的普适性。
Description
技术领域
本发明涉及材料分析技术领域，特别是涉及一种晶体结构解析方法及系统。
背景技术
晶体材料的原子结构决定了材料本身的物理和化学性质。从原子尺度了解结构信息可以更好地了解具有更好性能的结构和设计材料的性能。X射线衍射、电子衍射等是目前最主流的结构解析手段，通过衍射测试设备收集晶体材料的衍射强度，进而借助直接法、charge flipping等倒空间结构解析方法计算对应衍射的结构因子相角，可最终利用傅里叶合成获得晶体材料的结构模型。然而，传统的结构解析方法对衍射设备和待测试样品要求比较高，对于无法获得准确衍射强度的材料(如粉末XRD、电子衍射等)，传统的结构解析方法往往无法解出正确的结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶体结构解析方法及系统，在衍射强度不够准确的情况下仍能解出正确的晶体结构，提高了晶体结构解析方法的普适性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种晶体结构解析方法，具体包括：
获取待测材料的基本晶体学参数，并搭建若干备选结构；
从若干备选结构中选取出一个或多个备选结构作为相似结构；所述相似结构的基本晶体学参数与预期结构的基本晶体学参数的误差在预设阈值范围内；
根据待测材料的衍射强度得到衍射指标和结构因子振幅，计算各所述相似结构对应衍射指标的结构因子相角，并根据所述结构因子振幅及所述相似结构的结构因子相角进行所述待测材料的晶体结构解析计算，得到所述待测材料的晶体结构。
本发明还提供了一种晶体结构解析系统，所述系统包括：
备选结构搭建模块，用于获取待测材料的基本晶体学参数，并搭建若干备选结构；
相似结构模块，用于从所述若干备选结构中选取出一个或多个备选结构作为相似结构；所述相似结构的基本晶体学参数与预期结构的基本晶体学参数的误差在预设阈值范围内；
晶体解析模块，用于根据所述待测材料的衍射强度得到衍射指标和结构因子振幅，计算各所述相似结构对应所述衍射指标的结构因子相角，并根据所述结构因子振幅及所述相似结构的结构因子相角进行所述待测材料的晶体结构解析计算，得到所述待测材料的晶体结构。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种晶体结构解析方法及系统，通过搭建大量的备选晶体结构，并从中选出可能与待解析晶体结构相似的部分备选晶体结构作为相似结构，计算相似结构特定衍射的结构因子相角，并用相似结构的结构因子相角代替传统结构解析中的估算结构因子相角，从而显著提高晶体结构解析的成功率，使得本发明的方法能够适用于尺寸、形貌、稳定性等不符合传统解析方法的材料，提高晶体结构解析方法的普适性。同时，相比于直接法对结构因子相角的估算，本发明中所得到的结构因子相角的准确率明显更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的晶体结构解析方法流程图；
图2为本发明实施例提供的晶体结构解析系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
晶体结构解析需要获得目标材料的结构因子振幅与结构因子相角，结构因子振幅可以通过XRD等方法获得近似值，结构因子相角则只能通过直接法等传统倒空间方法进行计算估计。本发明的目的是提供一种晶体结构解析方法，相对于现有的直接法等技术而言：
1、直接法等传统结构解析方法的结构因子相角是估算得出的，成功率依赖于衍射数据的精度与分辨率。本发明的方法是筛选与目标结构相似的结构，计算特定衍射的结构因子相角，所得到结构因子相角的准确率明显优于传统方法估算结构因子相角的准确率，进而显著提升结构解析的成功率。
2、现有结构解析技术的成功率依赖于测试样品的晶体质量与测试仪器的灵敏度和分辨率，对于无法形成大尺寸、高质量单晶的材料，传统结构解析方法的成功率往往不高。而本发明利用先验知识通过计算机计算和筛选，最大限度降低对测试样品和仪器的依赖度，因此具有普遍适用性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种晶体结构解析方法，下面以LZ-135分子筛材料为例具体说明：
步骤101：获取LZ-135分子筛材料的基本晶体学参数：通过粉末XRD(powder X-raydiffraction，X射线衍射技术)指标化，获得LZ-135的空间群为P63/mmc，晶胞参数
骨架密度约为
之后本实施例中具体采用限定对称位置组合的结构搭建方法搭建产生1.248×106个备选结构，在实际应用中，任何能够产生备选结构的方法都将落入本发明的保护范围内。
步骤102：从1.248×106个备选结构中选取出一个或多个备选结构作为相似结构，相似结构的基本晶体学参数与LZ-135分子筛材料预期结构的基本晶体学参数的误差在预设阈值范围内。本实施例中根据拓扑几何匹配原则选取相似结构，但本发明对选取相似结构的方法不做限制，只要能够从备选结构中选取出符合条件的相似结构即可。
本实施例中具体选择构建差异函数E＝w1E1+w2E2+w3E3来表征相似结构与LZ-135分子筛材料预期结构的差异，分别计算各备选结构的差异函数值。其中，E1为搭建的备选结构与LZ-135分子筛材料预期结构在配位数上的偏差，E2为搭建的备选结构与LZ-135分子筛材料预期结构在键长上的偏差，E3为搭建的备选结构与LZ-135分子筛材料预期结构在键角上的偏差，w1、w2和w3分别为E1、E2和E3的权重，其数值由操作者根据E1、E2和E3各自的重要程度进行指定。
由E的定义可知，E的数值恒大于零，且E值越小，代表备选结构在原子排布上越接近LZ-135分子筛材料预期结构。因此，按照E值由小到大的顺序依次选取20个备选结构作为相似结构。
步骤103：根据待测结构衍射强度得到衍射指标和结构因子振幅，分别计算相似结构在对应衍射指标下的结构因子相角，并根据所述待测材料的结构因子振幅及相似结构的结构因子相角进行LZ-135分子筛材料的晶体结构解析计算，得到LZ-135分子筛材料的晶体结构。
在预设晶面间距范围
在–28≤h≤28、–15≤k≤15、–13≤l≤13的范围内依据
(d为晶面间距，a、c为晶胞参数，h、k、l为衍射指标)枚举所有
的衍射，共得到789组符合预设晶面间距范围的不对称衍射。
通过实验测定符合预设晶面间距范围的各衍射的粉末XRD衍射强度，选取衍射强度最高的30组衍射的衍射指标作为每个相似结构计算结构因子相角所用衍射指标，具体数据见表1。由于解结构过程中强衍射对傅里叶合成的贡献较大，本实施例中选择衍射强度最高的衍射进行结构因子相角计算，可最大程度发挥计算所得正确结构因子相角的作用，提高了晶体解析运算的准确性。
表1
将计算用衍射指标带入公式
中进行结构因子相角计算。其中，fj为原子散射因子，h、k、l为衍射指标，xj、yj、zj为原子坐标，
为结构因子相角。
20个相似结构计算得到20组结构因子相角，每组结构因子相角包含与30个衍射指标对应的结构因子相角。通过charge flipping算法，以每个相似结构的30个衍射的结构因子相角为初始结构因子相角，以789个衍射的实验粉末XRD的衍射强度得到的结构因子振幅为LZ-135的结构因子振幅，每组初始结构因子相角结合结构因子振幅，分别进行100次结构解析计算。即根据
共得到2000个目标结构及其电子密度图。其中，ρxyz为晶胞内坐标(x,y,z)处的电子密度，V为晶胞的体积，h、k、l为衍射指标，|Fhkl|为结构因子振幅，
为结构因子相角。
通过将每个目标结构的电子密度图与LZ-135真实晶体结构的电子密度图进行对比，与LZ-135真实晶体结构的电子密度图一致的目标结构即为正确的晶体结构。在本实施例中，发现利用第8组结构因子相角进行的100次charge flipping计算中，有12次得到了正确的LZ-135晶体结构。证明这种使用近似结构取得结构因子相角的方法可以解出正确结构。
现有的结构解析方法针对LZ-135材料，使用XRD拟合得到的结构因子振幅和随机估算的结构因子相角无法解出正确结构。而本实施例中的方法所提供的结构因子相角，使用charge flipping方法可正确解出结构，解决了在衍射强度不够准确的情况下，传统方法无法解出正确晶体结构的问题。本实施例从大量搭建的备选晶体结构中，依据几何特征、能量、衍射强度匹配等标准筛选出部分可能与LZ-135材料结构相似的结构，计算相似结构特定衍射的结构因子相角，用相似结构的结构因子相角替代传统结构解析中的估算结构因子相角，可显著提升晶体结构解析的成功率。在自然界和人工合成出的晶体材料中，大量材料因其尺寸、形貌、稳定性等原因无法直接利用传统的衍射方法获得晶体结构，因此本实施例提供的方法具有较好的普适性。
实施例2
本实施例采用与实施例1相同的方法对ITQ-38分子筛材料进行晶体结构解析，过程如下：
步骤101：获取ITQ-38分子筛材料的基本晶体学参数，通过粉末XRD(powderX-raydiffraction,X射线衍射技术)指标化，获得ITQ-38的空间群为P2/m，晶胞参数
β＝96.290°，骨架密度为
之后本实施例中具体采用限定对称位置组合的结构搭建方法搭建产生2.4×108个备选结构，在实际应用中，任何能够产生备选结构的方法都将落入本发明的保护范围内。
步骤102：从2.4×108个备选结构中选取出一个或多个备选结构作为相似结构，相似结构的基本晶体学参数与ITQ-38分子筛材料预期结构的基本晶体学参数的误差在预设阈值范围内。本实施例中根据拓扑几何匹配原则选取相似结构，但本发明对选取相似结构的方法不做限制，只要能够从备选结构中选取出符合条件的相似结构即可。
本实施例中具体选择构建差异函数E＝w1E1+w2E2+w3E3来表征相似结构与ITQ-38分子筛材料预期结构的晶体结构的差异，分别计算各备选结构的差异函数值。其中，E1为搭建的备选结构与理想ITQ-38分子筛材料预期结构在配位数上的偏差，E2为搭建的备选结构与理想ITQ-38分子筛材料预期结构在键长上的偏差，E3为搭建的备选结构与理想ITQ-38分子筛材料预期结构在键角上的偏差，w1、w2和w3分别为E1、E2和E3的权重，其数值由操作者根据E1、E2和E3各自的重要程度进行指定。
由E的定义可知，E的数值恒大于零，且E值越小，代表备选结构在原子排布上越接近ITQ-38分子筛材料的预期结构。因此，按照E值由小到大的顺序依次选取20个的备选结构作为相似结构。
步骤103：根据待测结构衍射强度得到衍射指标和结构因子振幅，分别计算相似结构在对应衍射指标下的结构因子相角，并根据所述待测材料的结构因子振幅及相似结构的结构因子相角进行ITQ-38分子筛材料的晶体结构解析计算，得到ITQ-38分子筛材料的晶体结构。
在预设晶面间距范围
下，在–12≤h≤12、–12≤k≤12、–19≤l≤19的范围内依据
(d为晶面间距，a、b、c、β为晶胞参数，h、k、l为衍射指标)枚举所有
的衍射，共得到2200组符合预设晶面间距范围的不对称衍射。
通过实验测定符合预设晶面间距范围的各衍射的粉末XRD衍射强度，选取衍射强度最高的30组衍射的衍射指标作为每个相似结构计算结构因子相角所用衍射指标，具体数据见表2。由于解结构过程中强衍射对傅里叶合成的贡献较大，本实施例中选择衍射强度最高的衍射进行结构因子相角计算，可最大程度发挥计算所得正确结构因子相角的作用，提高了晶体解析运算的准确性。
表2
将计算用衍射指标带入公式
中进行结构因子相角计算。其中，fj为原子散射因子，h、k、l为衍射指标，xj、yj、zj为原子坐标，
为结构因子相角。
20个相似结构计算得到20组结构因子相角，每组结构因子相角包含与30个衍射指标对应的结构因子相角。通过charge flipping算法，以每个相似结构的30个衍射的结构因子相角为初始结构因子相角，以2200个衍射的实验粉末XRD的衍射强度得到的结构因子振幅为ITQ-38的结构因子振幅，每组初始结构因子相角结合结构因子振幅，分别进行100次结构解析计算。即根据
共得到2000个目标结构及其电子密度图。其中，ρxyz为晶胞内坐标(x,y,z)处的电子密度，V为晶胞的体积，h、k、l为衍射指标，|Fhkl|为结构因子振幅，
为结构因子相角。
通过将每个目标结构的电子密度图与ITQ-38真实晶体结构的电子密度图进行对比，与ITQ-38真实晶体结构的电子密度图一致的目标结构即为正确的晶体结构。在本实施例中，发现利用第15组结构因子相角进行的100次charge flipping计算中，有2次得到了正确的ITQ-38晶体结构。证明这种使用近似结构取得结构因子相角的方法可以解出正确的ITQ-38晶体结构。
现有的结构解析方法针对ITQ-38材料，使用XRD拟合得到的结构因子振幅和随机估算的结构因子相角无法解出正确结构。而本实施例中的方法所提供的结构因子相角，使用charge flipping方法可正确解出结构，解决了在衍射强度不够准确的情况下，传统方法无法解出正确晶体结构的问题。本实施例从大量搭建的备选晶体结构中，依据几何特征、能量、衍射强度匹配等标准筛选出部分可能与ITQ-38材料结构相似的结构，计算相似结构特定衍射的结构因子相角，用相似结构的结构因子相角替代传统结构解析中的估算结构因子相角，可显著提升晶体结构解析的成功率。在自然界和人工合成出的晶体材料中，大量材料因其尺寸、形貌、稳定性等原因无法直接利用传统的衍射方法获得晶体结构，因此本实施例提供的方法具有较好的普适性。
实施例3
本实施例采用与实施例1相同的方法对ITQ-53分子筛材料进行晶体结构解析，过程如下：
步骤101：获取ITQ-53分子筛材料的基本晶体学参数，通过粉末XRD(powderX-raydiffraction,X射线衍射技术)指标化，获得ITQ-53的空间群为Cmcm，晶胞参数
骨架密度为
之后本实施例中具体采用限定对称位置组合的结构搭建方法搭建产生1.338×106个备选结构，在实际应用中，任何能够产生备选结构的方法都将落入本发明的保护范围内。
步骤102：从1.338×106个备选结构中选取出一个或多个备选结构作为相似结构，相似结构的基本晶体学参数与ITQ-53分子筛材料预期结构的基本晶体学参数的误差在预设阈值范围内。本实施例中根据拓扑几何匹配原则选取相似结构，但本发明对选取相似结构的方法不做限制，只要能够从备选结构中选取出符合条件的相似结构即可。
本实施例中具体选择构建差异函数E＝w1E1+w2E2+w3E3来表征相似结构与ITQ-53分子筛材料的预期结构的差异，分别计算各备选结构的差异函数值。其中，E1为搭建的备选结构与理想ITQ-53分子筛材料预期结构在配位数上的偏差，E2为搭建的备选结构与理想ITQ-53分子筛材料预期结构在键长上的偏差，E3为搭建的备选结构与理想ITQ-53分子筛材料预期结构在键角上的偏差，w1、w2和w3分别为E1、E2和E3的权重，其数值由操作者根据E1、E2和E3各自的重要程度进行指定。
由E的定义可知，E的数值恒大于零，且E值越小，代表备选结构在原子排布上越接近ITQ-53分子筛材料的预期结构。因此，按照E值由小到大的顺序依次选取20个的备选结构作为相似结构。
步骤103：根据待测结构衍射强度得到衍射指标和结构因子振幅，分别计算相似结构在对应衍射指标下的结构因子相角，并根据所述待测材料的结构因子振幅及相似结构的结构因子相角进行ITQ-53分子筛材料的晶体结构解析计算，得到ITQ-53分子筛材料的晶体结构。
在预设晶面间距范围
下，在–20≤h≤20、–25≤k≤25、–30≤l≤30的范围内依据
(d为晶面间距，a、b、c为晶胞参数，h、k、l为衍射指标)枚举所有
的衍射，共得到2054组符合预设晶面间距范围的不对称衍射。
通过实验测定符合预设晶面间距范围的各衍射的粉末XRD衍射强度，选取衍射强度最高的30组衍射的衍射指标作为每个相似结构计算结构因子相角所用衍射指标，具体数据见表3。由于解结构过程中强衍射对傅里叶合成的贡献较大，本实施例中选择衍射强度最高的衍射进行结构因子相角计算，可最大程度发挥计算所得正确结构因子相角的作用，提高了晶体解析运算的准确性。
表3
将计算用衍射指标带入公式
中进行结构因子相角计算。其中，fj为原子散射因子，h、k、l为衍射指标，xj、yj、zj为原子坐标，
为结构因子相角。
20个相似结构计算得到20组结构因子相角，每组结构因子相角包含与30个衍射指标对应的结构因子相角。通过charge flipping算法，以每个相似结构的30个衍射的结构因子相角为初始结构因子相角，以2054个衍射的实验粉末XRD的衍射强度得到的结构因子振幅为ITQ-53的结构因子振幅，每组初始结构因子相角结合结构因子振幅，分别进行100次结构解析计算，根据
共得到2000个目标结构及其电子密度图。其中，ρxyz为晶胞内坐标(x,y,z)处的电子密度，V为晶胞的体积，h、k、l为衍射指标，|Fhkl|为结构因子振幅，
为结构因子相角。
通过将每个目标结构的电子密度图与ITQ-53真实晶体结构的电子密度图进行对比，与ITQ-53真实晶体结构的电子密度图一致的目标结构即为正确的晶体结构。在本实施例中，发现利用第13组结构因子相角进行的100次charge flipping计算中，有6次得到了正确的ITQ-53晶体结构。证明这种使用近似结构取得结构因子相角的方法可以解出正确的ITQ-53晶体结构。
现有的结构解析方法针对ITQ-53材料，使用XRD拟合得到的结构因子振幅和随机估算的结构因子相角无法解出正确结构。而本实施例中的方法所提供的结构因子相角，使用charge flipping方法可正确解出结构，解决了在衍射强度不够准确的情况下，传统方法无法解出正确晶体结构的问题。本实施例从大量搭建的备选晶体结构中，依据几何特征、能量、衍射强度匹配等标准筛选出部分可能与ITQ-53材料结构相似的结构，计算相似结构特定衍射的结构因子相角，用相似结构的结构因子相角替代传统结构解析中的估算结构因子相角，可显著提升晶体结构解析的成功率。在自然界和人工合成出的晶体材料中，大量材料因其尺寸、形貌、稳定性等原因无法直接利用传统的衍射方法获得晶体结构，因此本实施例提供的方法具有较好的普适性。
实施例4
本实施例采用与实施例1相同的方法对SU-32分子筛材料进行晶体结构解析，过程如下：
步骤101：获取SU-32分子筛材料的基本晶体学参数，通过粉末XRD(powder X-raydiffraction,X射线衍射技术)指标化，获得SU-32的空间群为P6122，晶胞参数
骨架密度为
之后本实施例中具体采用限定对称位置组合的结构搭建方法搭建产生8×103个备选结构，在实际应用中，任何能够产生备选结构的方法都将落入本发明的保护范围内。
步骤102：从8×103个备选结构中选取出一个或多个备选结构作为相似结构，相似结构的基本晶体学参数与SU-32分子筛材料预期结构的基本晶体学参数的误差在预设阈值范围内。本实施例中根据拓扑几何匹配原则选取相似结构，但本发明对选取相似结构的方法不做限制，只要能够从备选结构中选取出符合条件的相似结构即可。
本实施例中具体选择构建差异函数E＝w1E1+w2E2+w3E3来表征相似结构与SU-32分子筛材料的预期结构的差异，分别计算各备选结构的差异函数值。其中，E1为搭建的备选结构与理想SU-32分子筛材料预期结构在配位数上的偏差，E2为搭建的备选结构与理想SU-32分子筛材料预期结构在键长上的偏差，E3为搭建的备选结构与理想SU-32分子筛材料预期结构在键角上的偏差，w1、w2和w3分别为E1、E2和E3的权重，其数值由操作者根据E1、E2和E3各自的重要程度进行指定。
由E的定义可知，E的数值恒大于零，且E值越小，代表备选结构在原子排布上越接近SU-32分子筛材料的预期结构。因此，按照E值由小到大的顺序依次选取20个的备选结构作为相似结构。
步骤103：根据待测结构衍射强度得到衍射指标和结构因子振幅，分别计算相似结构在对应衍射指标下的结构因子相角，并根据所述待测材料的结构因子振幅及相似结构的结构因子相角进行SU-32分子筛材料的晶体结构解析计算，得到SU-32分子筛材料的晶体结构。
在预设晶面间距范围
下，在–10≤h≤10、–10≤k≤10、–26≤l≤26的范围内依据
(d为晶面间距，a、c为晶胞参数，h、k、l为衍射指标)枚举所有
的衍射，共得到504组符合预设晶面间距范围的不对称衍射。
通过实验测定符合预设晶面间距范围的各衍射的粉末XRD衍射强度，选取衍射强度最高的30组衍射的衍射指标作为每个相似结构计算结构因子相角所用衍射指标，具体数据见表4。由于解结构过程中强衍射对傅里叶合成的贡献较大，本实施例中选择衍射强度最高的衍射进行结构因子相角计算，可最大程度发挥计算所得正确结构因子相角的作用，提高了晶体解析运算的准确性。
表4
将计算用衍射指标带入公式
中进行结构因子相角计算。其中，fj为原子散射因子，h、k、l为衍射指标，xj、yj、zj为原子坐标，
为结构因子相角。
20个相似结构计算得到20组结构因子相角，每组结构因子相角包含与30个衍射指标对应的结构因子相角。通过charge flipping算法，以每个相似结构的30个衍射的结构因子相角为初始结构因子相角，以504个衍射的实验粉末XRD的衍射强度得到的结构因子振幅为SU-32的结构因子振幅，每组初始结构因子相角结合结构因子振幅，分别进行100次结构解析计算，根据
得到2000个目标结构及其电子密度图。其中，ρxyz为晶胞内坐标(x,y,z)处的电子密度，V为晶胞的体积，h、k、l为衍射指标，|Fhkl|为结构因子振幅，
为结构因子相角。
通过将每个目标结构的电子密度图与SU-32真实晶体结构的电子密度图进行对比，与SU-32真实晶体结构的电子密度图一致的目标结构即为正确的晶体结构。在本实施例中，发现利用第2组结构因子相角进行的100次charge flipping计算中，有1次得到了正确的SU-32晶体结构。证明这种使用近似结构取得结构因子相角的方法可以解出正确结构。
现有的结构解析方法针对SU-32材料，使用XRD拟合得到的结构因子振幅和随机估算的结构因子相角无法解出正确结构。而本实施例中的方法所提供的结构因子相角，使用charge flipping方法可正确解出结构，解决了在衍射强度不够准确的情况下，传统方法无法解出正确晶体结构的问题。本实施例从大量搭建的备选晶体结构中，依据几何特征、能量、衍射强度匹配等标准筛选出部分可能与SU-32材料结构相似的结构，计算相似结构特定衍射的结构因子相角，用相似结构的结构因子相角替代传统结构解析中的估算结构因子相角，可显著提升晶体结构解析的成功率。在自然界和人工合成出的晶体材料中，大量材料因其尺寸、形貌、稳定性等原因无法直接利用传统的衍射方法获得晶体结构，因此本实施例提供的方法具有较好的普适性。
实施例5
如图2所示，本实施例提供了一种晶体结构解析系统，能够实现如上述实施例中的晶体结构解析方法，所述系统包括：
备选结构搭建模块M1，用于获取待测材料的基本晶体学参数，并采用限定对称位置组合的结构搭建方法搭建若干备选结构；
相似结构模块M2，用于从所述若干备选结构中选取出一个或多个备选结构作为相似结构；所述相似结构的基本晶体学参数与预期结构的基本晶体学参数的误差在预设阈值范围内；
晶体解析模块M3，用于根据所述待测材料的衍射强度得到衍射指标和结构因子振幅，计算各所述相似结构对应所述衍射指标的结构因子相角，并根据所述结构因子振幅及所述相似结构的结构因子相角进行所述待测材料的晶体结构解析计算，得到所述待测材料的晶体结构。
本说明书中每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种晶体结构解析方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待测材料的基本晶体学参数，并搭建若干备选结构；
从所述若干备选结构中选取出一个或多个备选结构作为相似结构；所述相似结构的基本晶体学参数与所述预期结构的基本晶体学参数的误差在预设阈值范围内；
根据所述待测材料的衍射强度得到衍射指标和结构因子振幅，计算各所述相似结构对应所述衍射指标的结构因子相角，并根据所述结构因子振幅及所述相似结构的结构因子相角进行所述待测材料的晶体结构解析计算，得到所述待测材料的晶体结构。
2.根据权利要求1所述的一种晶体结构解析方法，其特征在于，根据拓扑几何匹配原则从所述若干备选结构中选取出一个或多个备选结构作为相似结构，具体包括：
构建差异函数，分别计算各所述备选结构的差异函数值；
按照所述差异函数值由小到大的顺序依次选取预设个数的备选结构作为相似结构。
3.根据权利要求2所述的一种晶体结构解析方法，其特征在于，所述差异函数为：
E＝w1E1+w2E2+w3E3
其中，E为差异函数值，E1为搭建的备选结构与理想晶体结构在配位数上的偏差，E2为搭建的备选结构与理想晶体结构在键长上的偏差，E3为搭建的备选结构与理想晶体结构在键角上的偏差，w1、w2和w3分别为E1、E2和E3的权重。
4.根据权利要求1所述的一种晶体结构解析方法，其特征在于，所述计算各所述相似结构对应衍射指标的结构因子相角包括：
计算各衍射对应的晶面间距，选择符合预设晶面间距范围的衍射；
测定所述符合预设晶面间距范围的衍射的衍射强度；
选择所述符合预设晶面间距范围的衍射中衍射强度最高的预定个数的衍射指标作为计算用衍射指标；
根据所述计算用衍射指标计算结构因子相角。
5.根据权利要求4所述的一种晶体结构解析方法，其特征在于，计算每一所述相似结构的各衍射的衍射指标对应的晶面间距包括：
其中，a、b、c、α、β、γ为晶胞参数，h、k、l为衍射指标，V为晶胞体积。
6.根据权利要求4所述的一种晶体结构解析方法，其特征在于，所述根据所述计算用衍射指标计算结构因子相角包括：
其中，fj为原子散射因子，h、k、l为衍射指标，xj、yj、zj为原子坐标，
为结构因子相角。
7.根据权利要求1所述的一种晶体结构解析方法，其特征在于，所述根据所述结构因子振幅及所述相似结构的结构因子相角进行所述待测材料的晶体结构解析计算包括：
分别以m个所述相似结构的n个衍射的结构因子相角为初始结构因子相角进行p次晶体结构解析运算，得到m×p个目标结构；
从所述m×p个目标结构中筛选出正确的晶体结构。
8.根据权利要求7所述的一种晶体结构解析方法，其特征在于，根据
进行晶体结构解析运算；
其中，ρxyz为晶胞内坐标(x,y,z)处的电子密度，V为晶胞的体积，h、k、l为衍射指标，|Fhkl|为结构因子振幅，
为结构因子相角。
9.根据权利要求7所述的一种晶体结构解析方法，其特征在于，从所述m×p个目标结构中筛选出正确的晶体结构包括：
对每个所述相似结构进行charge flipping计算，得到所述目标结构的电子密度图；
将所述目标结构的电子密度图与所述待测材料的电子密度图进行对比，将与所述待测材料的电子密度图一致的目标结构作为正确的晶体结构。
10.一种晶体结构解析系统，其特征在于，所述系统包括：
备选结构搭建模块，用于获取待测材料的基本晶体学参数，并搭建若干备选结构；
相似结构模块，用于从所述若干备选结构中选取出一个或多个备选结构作为相似结构；所述相似结构的基本晶体学参数与预期结构的基本晶体学参数的误差在预设阈值范围内；
晶体解析模块，用于根据所述待测材料的衍射强度得到衍射指标和结构因子振幅，计算各所述相似结构对应所述衍射指标的结构因子相角，并根据所述结构因子振幅及所述相似结构的结构因子相角进行所述待测材料的晶体结构解析计算，得到所述待测材料的晶体结构。
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