A geometric approach of porosity: development of Delta Chem, a new software for finding adsorption sites in microporous materials

Abstract

El software Delta Chem funciona en la interfaz de Química Computacional – Geometría Computacional para implementar un nuevo enfoque de porosidad para materiales microporosos altamente simétricos. El enfoque propuesto proporciona un doble beneficio. Por un lado, aprovecha la simetría de estos materiales para llevar a cabo una aproximación geométrica que reduce significativamente el costo computacional y el tiempo de procesamiento para la determinación de los sitios de adsorción. Por otro lado, el nuevo enfoque proporciona un modelado más realista de la superficie interna de las porosidades. Delta Chem realizó un análisis geométrico de la estructura de un material microporoso utilizando solo la información de su .xyz para determinar el volumen irreducible de las porosidades en la estructura de un material. Por construcción, esta región es representativa de toda la cavidad, por lo que el esfuerzo computacional en la determinación de los sitios de adsorción puede concentrarse en esta región, utilizando los puntos críticos del volumen irreducible como candidatos para los sitios de adsorción. Por construcción, esta región es representativa de toda la cavidad, por lo que el esfuerzo computacional en la determinación de los sitios de adsorción puede concentrarse en esta región. Operaciones algebraicas y geométricas como la triangulación de Delaunay, la construcción de Wytho, las transformaciones algebraicas fundamentales (Scaling, Translation, Rotation), entre otros, son ejecutados de manera coordinada por Delta Chem mediante el uso de los cuatro subprogramas o rutinas: Legando, Kerno, Mozaiko y Fragmento. Cada uno de ellos está cargo de ejecutar una amplia variedad de tareas, incluida la implementación de varias bibliotecas de Python y del software PSD solve [1], para lograr los siguientes objetivos fundamentales: Leer el archivo de entrada proporcionado por el usuario; determinar los parámetros de porosidad: centro, tamaño y átomos contribuyentes para cada tipo de porosidad; modelar la superficie interna de las porosidades del material y analizar sus formas para encontrar el poliedro que mejor se adapte a la forma de la porosidad y usarlo para generar el volumen irreducible. El modelo de 'volumen irreducible' fue puesto a prueba para determinar los sitios de adsorción en MOF-5 utilizando el paquete Quantum Espresso para los cálculos de DFT. El código de Delta Chem fue escrito en Python3.6 y está disponible en el repositorio de GitHub: https://github.com/jorgecastro316/Delta_Chem-.git