用于预测环境持久性自由基生成性能的方法技术

本公开提供了一种用于预测环境持久性自由基生成性能的方法，包括：建立起始反应物结构模型，建立反应产物结构模型；根据起始反应物结构模型与反应产物结构模型，采用预设方法搜寻反应驻点，得到多条反应路径；根据每条反应路径对应的过渡态结构的能量与起始反应物结构的能量，计算污染物分子在颗粒物表面转化生成环境持久性自由基的活化能；根据高精度量子化学方法计算污染物分子的关键结构参数，建立污染物分子转化为持久性自由基活化能与关键结构参数的快速预测模型；根据污染物分子结构参数的简单计算进行其活化能推算从而预测污染物分子在颗粒物表面能否转化生成环境持久性自由基。久性自由基。久性自由基。

【技术实现步骤摘要】
用于预测环境持久性自由基生成性能的方法


[0001]本公开涉及环境污染控制
，尤其涉及一种用于预测环境持久性自由基生成性能的方法。

技术介绍

[0002]近几十年来，大气灰霾事件频发且持续时间增长从而严重危害人们健康。灰霾中的大气细颗粒物(PM
2.5
)是大气颗粒物的主要组成和重要毒性成分，且PM
2.5
中的环境持久性自由基(environmentally persistent free radicals，EPFRs)可随大气颗粒物进入生物体内并引发氧化应激反应从而导致机体氧化损伤，因此环境持久性自由基被认为是大气细颗粒物对人们健康损伤起关键作用的高活性组分之一。大气颗粒物中的EPFRs除了传统的燃烧源(例如燃煤、工业排放及生物质燃烧等)之外，颗粒物表面有机组分的二次化学反应过程是环境中持久性自由基普遍存在的另一重要原因。因此，研究颗粒物表面有机组分转化生成EPFRs的反应机制是控制大气细粒子EPFRs生成、保障环境安全的关键。
[0003]相关技术中，一般采用电子顺磁共振(EPR)、低温基质隔离
‑
电子顺磁共振(LTMI
‑
EPR)和X射线衍射光谱等技术和手段来获得EPFRs界面生成与反应活性的相关信息，从而来研究污染物分子转化生成EPFRs的反应机制。
[0004]但是，目前采用的检测方法受限于复杂环境体系难以提供反应路径的准确信息，从而影响污染物分子转化生成EPFRs反应机制的研究。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本公开提供了一种用于预测环境持久性自由基生成性能的方法，以至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
[0006]为了解决上述技术问题，本公开提供了一种用于预测环境持久性自由基生成性能的方法，包括：
[0007]建立起始反应物结构模型，其中，上述起始反应物结构模型由污染物分子模型与颗粒物表面模型结合形成；
[0008]建立反应产物结构模型，其中，上述反应产物结构模型为上述污染物分子模型与上述颗粒物表面模型反应后形成的负载有环境持久性自由基的结构模型；
[0009]根据上述起始反应物结构模型与上述反应产物结构模型，采用预设方法搜寻反应驻点，得到多条反应路径；
[0010]根据每条上述反应路径对应的过渡态结构的能量与上述起始反应物结构模型的能量，计算上述污染物分子模型对应的污染物分子在上述颗粒物表面模型对应的颗粒物表面转化生成上述环境持久性自由基的活化能；
[0011]根据上述活化能预测上述污染物分子在颗粒物表面能否转化生成上述环境持久性自由基。
[0012]根据本公开的实施例，其中，上述颗粒物表面模型的建立方法包括：
[0013]从无机晶体结构数据库中选取吸附颗粒物组分的晶胞结构并建立颗粒物表面模型。
[0014]根据本公开的实施例，其中，上述污染物分子模型的建立方法包括：
[0015]将污染物分子置于与上述颗粒物表面模型相同大小的晶胞内，并进行构型优化，得到上述污染物分子模型。
[0016]根据本公开的实施例，其中，上述构建起始反应物结构模型包括：
[0017]根据上述污染物分子在上述颗粒物表面的多种吸附作用模式，建立上述污染物分子模型与上述颗粒物表面模型结合得到的所有的复合物模型；
[0018]计算每个上述复合物模型的能量；
[0019]根据上述复合物模型的能量确定目标复合物模型，以上述目标复合物模型作为起始反应物结构模型。
[0020]根据本公开的实施例，其中，上述根据上述污染物分子在上述颗粒物表面的多种吸附作用模式，建立上述污染物分子模型与上述颗粒物表面模型结合得到的所有的复合物模型包括：
[0021]根据上述污染物分子在上述颗粒物表面的多种吸附作用模式，建立上述污染物分子模型与上述颗粒物表面模型结合得到的所有初始吸附复合物模型；
[0022]对每个上述初始吸附复合物模型进行构型优化得到与每个上述初始吸附复合物模型对应的上述复合物模型能量。
[0023]根据本公开的实施例，在进行上述构型优化时，
[0024]采用广义梯度近似方法处理交换相关能；截断能设置为400eV，k点为2
×2×
1；核与价电子的相互作用采用超软赝势处理；长程及色散校正采用Grimme方法进行；几何优化的收敛参数设置为原子间相互作用力不大于0.05eV/atom；原子最大位移不大于体系总能量的变化收敛阀值为2.0
×
10
‑6eV/atom。
[0025]根据本公开的实施例，其中，上述活化能包括上述过渡态结构的能量与上述起始反应物结构模型的能量的差值。
[0026]根据本公开的实施例，还包括：
[0027]计算相同类别中的多种上述污染物分子模型的关键结构参数值；
[0028]利用线性回归分析建立上述活化能与上述关键结构参数值的定量关系模型。
[0029]根据本公开的实施例，上述关键结构参数值包括上述污染物分子的单点能与上述污染物分子片段的单点能的差值。
[0030]根据本公开的实施例，还包括：
[0031]对上述定量关系模型进行稳健性验证；
[0032]上述对上述定量关系模型进行稳健性验证包括：
[0033]以上述活化能的平均值和标准差构成的正态分布；
[0034]在上述正态分布中随机抽取一组数据作为伪预测值；
[0035]采用上述定量关系模型计算每个上述伪预测值对应的关键结构参数值作为伪关键结构参数值；
[0036]利用线性回归分析建立上述伪预测值与上述伪关键结构参数值的伪回归方程；
[0037]重复上述操作N次，得到N个伪相关系数；
[0038]根据卡方验证获得N个上述伪相关系数的概率分布；
[0039]将预设概率对应的伪相关系数与上述定量关系模型中对应的相关系数进行对比；
[0040]根据上述对比结果验证上述定量关系模型的稳健性。
[0041]根据本公开的实施例，本公开提供的方法通过建立起始反应物结构模型和反应产物结构模型，然后根据起始反应物结构模型和反应产物结构模型，采用预设的方法搜寻反应驻点，得到多条反应路径；之后根据每条反应路径对应的过渡态结构的能量和起始反应物结构模型的能量得出污染物分子在颗粒物表面转化成环境持久性自由基的活化能，并根据该活化能预测该污染物分子在该颗粒物表面能否转化生成环境持久性自由基，从而能够实现对污染物分子转化为EPFRs的识别和预测。
[0042]根据本公开的实施例，通过计算相同类别中的多种污染物分子模型的关键结构参数值，利用线性回归分析建立活化能与关键结构参数值的定量关系模型，从而能够根据污染物分子的关键结构参数值快速得出该污染物分子的活化能，从而快速、简便、经济地实现污染物分子转化为EPFRs的识别和预测。
[0043]根据本公开的实施例，采用本公开提供的方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于预测环境持久性自由基生成性能的方法，包括：建立起始反应物结构模型，其中，所述起始反应物结构模型由污染物分子模型与颗粒物表面模型结合形成；建立反应产物结构模型，其中，所述反应产物结构模型为所述污染物分子模型与所述颗粒物表面模型反应后形成的负载有环境持久性自由基的结构模型；根据所述起始反应物结构模型与所述反应产物结构模型，采用预设方法搜寻反应驻点，得到多条反应路径；根据每条所述反应路径对应的过渡态结构的能量与所述起始反应物结构模型的能量，计算所述污染物分子在所述颗粒物表面转化生成所述环境持久性自由基的活化能；根据所述活化能预测所述污染物分子在颗粒物表面能否转化生成所述环境持久性自由基。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述颗粒物表面模型的建立方法包括：从无机晶体结构数据库中选取吸附颗粒物组分的晶胞结构并建立颗粒物表面模型。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述污染物分子模型的建立方法包括：将污染物分子置于与所述颗粒物表面模型相同大小的晶胞内，并进行构型优化，得到所述污染物分子模型。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述构建起始反应物结构模型包括：根据所述污染物分子在所述颗粒物表面的多种吸附作用模式，建立所述污染物分子模型与所述颗粒物表面模型结合得到的所有的复合物模型；计算每个所述复合物模型的能量；根据所述复合物模型的能量确定目标复合物模型，以所述目标复合物模型作为起始反应物结构模型。5.根据权利要求4所述的方法，其中，根据所述污染物分子在所述颗粒物表面的多种吸附作用模式，建立所述污染物分子模型与所述颗粒物表面模型结合得到的所有的复合物模型包括：根据所述污染物分子在所述颗粒物表面的多种吸附作用模式，建立所述污染物分子模型与所述颗粒物表面模型结合得到的所有初始吸附复合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘文筱，张爱茜，常嘉敏，薛峤，刘娴，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：