理论从社交网络获取灵感，用小世界网络模型分析分子筛传递性质

Posted 2021-04-07 X-MOL资讯

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分子筛是一类具有有序多孔结构的材料，其在催化、吸附等工业过程中有大量应用。但是，针对其有序结构的建模一直是学术界的难点。清华大学魏飞教授团队在其前期工作（）的基础上，从社交网络结构中获取灵感，运用图论对分子筛有序结构进行建模，阐释其缺陷与扩散性质的关联。

在复杂网络理论中，小世界网络是一类节点数很多、但单个节点的邻居很少的网络。社交网络就是一类典型的小世界网络，北京人口超过千万，但是每个人认识的人却只有几百人甚至几十人。这一点和分子筛晶体类似。分子筛晶体的有序结构和连通关系可以用网络描述，一个100 nm左右的分子筛晶体包含百万数量级的笼，但是每个笼只与有限的几个其他笼相连。

对于完美的小世界网络而言，由于大量存在的短程连接，其传递效率并不高，而真正提升小世界网络传递效率的是其中的长程连接，只需要在网络中随机加入少量的长程连接，就能极大地提升网络的传递效率。例如传播学中经典的“六度分割”实验：将一封信从美国西部寄到美国东部指定的目标，平均只需要经过6个人。

小世界实验。图片来源：Wikipedia ^[1]

将分子筛的点缺陷和线缺陷与网络研究中的长程连接类比，通过构建分子筛网模型，模拟出了不同点缺陷密度、不同线缺陷长度和密度以及点缺陷分布对于分子筛扩散性能的影响。

模型结果表明，在分子筛中添加6%的缺陷就能产生很好的扩散距离减少的效应，相当于30%的分子筛晶体体积减少。也就是说，缺陷及空位这类可以增加长程连接的节点，在催化剂活性位较多、大量短程连接时，是更有效的传递促进剂，帮助分子传递。他们的研究还发现，相同数量的缺陷，分布在分子筛内部比外部能够更好地起到减少扩散距离的作用。

这项工作利用节点与离散的小世界网络方法，进一步完善了分子筛结构理论，面向未来，运用图论框架分析分子筛结构，并与分子筛结构调变手段的结合，将能够促进分子筛结构研究的发展。该工作是第一作者博士生蔡达理等完成的。

该论文作者为：Dali Cai, Yilin Hou, Chenxi Zhang, Ning Wang, Zhaohui Chen, Wenlong Song, Zhao Jia, Yao Wang, Weizhong Qian, Fei Wei

Analyzing transfer properties of zeolites using small-world networks

Nanoscale, 2018, DOI: 10.1039/c8nr04652b

导师介绍

魏飞

http://www.x-mol.com/university/faculty/21061

参考资料：

1.https://en.wikipedia.org/wiki/Small-world_experiment

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