离子液体由于其奇特的特性而具有广泛应用。不断增长的阴离子、阳离子液体也随之提高了找到最适合特定应用的离子液体的挑战性。COSMOtherm为寻找面向一特定应用的离子液体提供了一种快速、简单、使用的途径。COSMOtherm对离子液体溶液性质的预测可达到与正常有机化合物一致的高精度。确定预选可用的离子液体可加快研发的进程，有助于致力开发最佳化合物。可带来的益处●快速、方便的性质筛选●进行离子液体设计●适用于所有的离子液体化学研究离子液体筛选COSMOtherm将离子液体视为阴离子与阳离子的混合物，仅需一夜时间即可从上千种潜在的离子液体中完成对溶质溶解性的筛选。离子液体定制优化离子液体的结构。可基于结构的改进对性质的变化加以预测。性质预测●离子液体中的活性系数/溶解度●离子液体及常规液体中的LLE/VLE●在离子液体-含离子液体相间的分配系数
对农用化学品、药品、化妆品或食品工业来说，确定配方的最终成份是产品开发的关键步骤。COSMOtherm可用于预测配方的最佳溶剂或共溶剂。将研发重心集中于最佳配方可保证在在减少实验投入的同时确保配方的品质不变或得到进一步改善。溶剂筛选可为任何成分寻找其最佳溶剂！在很多情况下需要将一种或多种关键组分（例如，药物活性成分、紫外线防晒剂、调料或香料）溶解于配方中。通过预测其在纯溶剂或特定配方中的溶解性，确保了研发者将工作重心集中于开发具有所需特性的混合物上。共溶剂由于配方的主要成分通常是不可取代的，为达到所需的性能往往需用到共溶剂。COSMOtherm可为配方筛选出合适的共溶剂。温度依赖性通过预测温度降低或升高时的性质，COSMOtherm可为配方的温度稳定性考察提供支持。分配系数确定化合物处于哪一个相中极为关键。是转移至人体皮肤还是植物角质层、是否会停留在配方中？通过COSMOtherm计算任意2个相在200K-500K区间内的分配系数，可对上述问题进行回答。
高分子中的溶解度COSMOlogic利用通过低聚物的中心单元结构生成的σ-surfaces，可对其在高分子中的溶解度进行高效预测，从而实现：●致力于最佳化合物的开发实验●寻找适合应用的最佳溶剂/高分子●新型复合材料的设计将计算的复杂性封装于易用的图形用户界面中，即使非专业的使用者也能利用COSMOlogic软件包处理高分子的相关问题。关键功能●可阐释并预测分子与气体在高分子中的吸附行为●确定对O2、N2、CO2等气体具有低/高溶解度高分子●估算高分子-水的分配系数●计算介观尺度下的Flory-Huggins相互作用参数尽管COSMO-RS的开发基于流体性质的理论，仍可被用于多种高分子，尤其是线性、非溶胀体系及小至中尺度的溶质中。定量预测则需每种高分子具有至少一种实验测定值。
水对离子液体在燃油萃取脱硫应用上的影响：COSMO-RS理论与实验研究
在研究离子液体（ILs）对燃油萃取脱硫（EDS）时，系统中必不可少的水可能会产生重大影响，在许多情况下会产生严重的负面影响。但是，很少有研究考虑到这一特殊问题，并且几乎没有报道过水对EDS的促进作用。 华东理工大学的漆志文教授团队，首先用COSMO-RS来计算各种IL/H2O混合物EDS的容量和选择性。他们考虑了包含不同的ILs，并且水的浓度范围很广。最后用具有代表性的ILs，[C4MIM][H2PO4]，进行了实验。COSMO-RS预测结果表明，[C4MIM][H2PO4]在少量水的情况下，萃取能力稳定、甚至有所提高。通过对脱硫率、交溶性和脱硫燃料中水含量的分析，实验验证了水在一定范围内(˂10wt%)具有促进EDS的作用。此外，结合粘度，溶剂-溶质相互作用和基于COSMO-RS的分析，解释了水的这种作用。以庚烷和甲苯为燃料组分模型，噻吩为代表硫化合物，对EDS体系进行了模拟。这些IL/H2O混合物覆盖了广泛的水浓度范围和各种ILs，因此可以推测水对不同ILs的EDS性能的影响。 图1COSMO-RS预测不同阴离子基IL/H2O混合物中噻吩的容量（a）和选择性（b）与混合物中水质量分数的函数。 图2COSMO-RS预测不同阳离子型IL/H2O混合物中噻吩的容量（a，b）和选择性（c，d）与混合物中水的质量分数的关系。 图3通过实验确定了[C4MIM][H2PO4]/H2O混合料中的水浓度对其EDS性能的影响。D是脱硫率。 图4[C4MIM][H2PO4]的动力学粘度与水浓度的关系。 图5庚烷，纯净的[C4MIM][H2PO4]和[C4MIM][H2PO4]/H2O混合物（不同水浓度）中噻吩的紫外-可见光谱。 图6[C4MIM][H2PO4]的阳离子和阴离子以及EDS系统中其他化合物的σ-Profiles与COSMO-cavities 通过COSMO-RS和实验方法评估了水对离子液体EDS性能的影响。COSMO-RS的预测表明，水对离子液体EDS性能的影响在一定程度上取决于阴离子的特性，而对阳离子烷基链长度的依赖性较小，并指出水在小浓度范围内对强亲水阴离子离子液体有良好的作用。以IL[C4MIM][H2PO4]为代表的实验结果表明，当水浓度低于10wt％时，可以促进脱硫率，降低燃料在IL中的溶解度，而ILs的溶解度和水在脱硫燃料中的含量不会变化，基本上验证了COSMO-RS预测。从IL的粘度，溶剂溶质相互作用和基于COSMO-RS的极性分析中可以合理地解释水的这种作用。本文为研究水对选择IL进行EDS或其他类似系统的影响提供基础。
电动汽车（EV）对于降低现代城市的排放至关重要。基于锂离子电池的零排放电动汽车的性能目标包括：提高容量，更快的充电和更多的刷新周期，以及与现有车队类似或（或更好）降低的成本。此外，电动汽车的总运营成本，范围和安全性也是关键考虑因素。 汽车或公共汽车的袋式电池模块业界认识到，当前一代的锂离子（Li-ion）电池退化得太快，导致电动汽车随着时间的流逝而出现明显的续航里程损失，并增加了电池发生灾难性故障的风险。当前的电动汽车电池是将燃料和氧化剂存储在同一位置的少数系统之一，就像火箭和炸药一样。对于电动汽车制造商和电池开发商而言，设计不会爆炸的材料始终是他们的头等大事。为了应对这些挑战，制造商利用各种规模的建模和仿真来了解电池固有的设计权衡，尤其是电极表面的化学性质，电解质界面层的稳定性以及这些特性与电池性能之间的关系。不幸的是，研究与开发组织中的不同部门通常不会互相交谈，尤其是在解决同一问题的不同规模方面。他们并没有真正的协作，而是陷入了可能破坏研发成功的组织孤岛中。DassaultSystèmes通过开发集成的多尺度建模方法来推动电池电解质化学空间的计算探索，从而带头促进了更协作的工作环境。 扩大电解质的化学空间2019年11月发表在《电化学学会杂志》（JournalofTheElectrochemicalSociety）上的题为“Multi-scaleElectrolyteTransportSimulationsforLithiumIonBatteries”的开放获取科学论文迈出了第一步，借助不需要耗时的模拟方法来应对这些挑战以及昂贵的材料重新设计。本文着眼于锂离子电解质，它是电池中最易燃的部分，通常在其他主要电池设计决定已经确定之后，才在工程过程的后期进行优化。由于这个原因，可以在工程时间尺度上实施电解质配方的改变，这比新材料开发所需的交货时间要短得多。本文描述了一种针对给定电解液成分、盐浓度和温度的全自动工作流程，这种工作流程在多尺度、原子模拟和电池性能之间建立了联系。在这种跨尺度方法中，使用BIOVIAMaterialsStudio软件中的AmorphousCell模块，将每种盐浓度的大约200个溶剂分子和适当数量的离子随机填充到模拟盒子中。然后使用分子动力学模拟获得电解质结构和离子的动力学。该工作流程允许科学家对流过电解质的离子流进行建模，从而通过在整个模拟过程中跟踪离子的运动来表征其电荷传输特性。这提供了机会来计算地探索影响电解质性能的物理化学因素，例如，确定单个添加剂对宏观电池性能的影响。作者描述了充分预测模型可以在不同目的下优化任何组分的溶剂，盐和添加剂，并且可以直接计算配方的最终电池性能。 多尺度模拟工作流程策略：分子动力学模拟用于计算不同配方和离子浓度的电解质的离子电导率。将结果导入整个电池单元的系统级仿真中，从而对电池性能进行定量预测。 工业界与学术界之间的宝贵合作BIOVIA达索系统在这项重要的科学论文中发挥了重要作用。主要作者FelixHanke博士是BIOVIA科学理事会的会员，该理事会负责推动BIOVIA服务的行业中的科学研究和创新。Hanke博士强调了在电解质化学和电池性能之间建立这种直接计算联系需要宝贵的社会协作努力。“这是真正的多尺度模型，”汉克说。“要构建它，我们需要将BIOVIA的原子模拟与DassaultSystèmes的另一个品牌CATIA的连续体建模进行集成。这种结合使我们能够将电解质的分子组成与电池的最终性能联系起来。该项目还涉及与英国领先的电池研究中心FaradayInstitution合作。Faraday的数学家协助进行了模型验证。最后，我们还与UK’sCentreforDoctoralTraining(CDT)inComputationalMethodsforMaterialsScience合作。DassaultSystèmes是与该组织是工业合作伙伴，BIOVIA为其提供用于教学和研究的MaterialsStudio软件。每年，BIOVIA都会接待一群CDT学生来研究所选择的项目，为期一周，而本文的想法是在其中一次访问中开始的。该论文的作者包括来自剑桥大学的三名学生，两名来自化学系，一名来自工程系。”这份论文（由DassaultSystèmes，工业界和学术界共同合作做出的贡献）在液体电解质的分子组成与其电化学性能之间建立了无缝，多尺度的联系。在电解液配方中完全采用计算机模拟计算是一种成功的策略，可以有效且经济地确定未来合适的添加剂电池组件。 ·原文由HaroldBradley于2020年4月22日发表于BIOVIABlog
Materials Studio 案例分享：双轴拉伸应变诱发二维SbAs半导体-拓扑绝缘体转变
双轴拉伸应变诱发二维SbAs半导体-拓扑绝缘体转变 Stibarsen或allemontite，是一种天然的锑化砷(SbAs)，与砷和锑具有相同的层状结构。因此，对二维SbAs纳米片的研究对于深入了解V-V基团化合物在原子尺度上的性质具有重要意义。在这里，我们提出了一类二维V-V蜂窝二元化合物，SbAs单分子层，它可以从半导体调谐到拓扑绝缘体。通过密度泛函理论计算,α-SbAs和γ-SbAs显示显著的直接带隙,而另一些则间接带隙。有趣的是,在一个原子薄层β-SbAs同构异形体,spin-orbital耦合非常显著,使带隙降低了200meV。特别是在双轴拉伸应变下,β-SbAs的带隙会随着形状的变化而变化，这使人联想到许多拓扑绝缘体中已知的带反转。我们发现β-SbAs在拉伸应变为12%时，Z2拓扑不变量是1，并且β-SbAs的非平凡拓扑特征也由在Γ点线性交叉的无间隙的边缘状态证实。这些超薄的V-V群半导体具有优异的性能，非常适合在光电子器件和量子自旋霍尔器件中应用。 南京理工大学曾海波教授课题组，张胜利等老师基于MaterialsStudio建立了V-V族二维半导体的基本物理图像，即未开发的蜂窝结构的SbAs，它可以从半导体调整到拓扑绝缘体。通过密度泛函理论(DFT)计算，计算了SbAs多晶型的结合能和声频色散，验证了它们的热力学和动力学稳定性。我们发现α-SbAs和γ-SbAs直接带隙半导体,而另一些则间接半导体。在蜂窝状α-SbAs,β-SbAs,γ-SbAs,δ-SbAs,和ε-SbAs，β-SbAs环扣结构是最稳定的结构,和它的对应块体标准条件下存在。有趣的是,β-SbAs同构异形体的spin-orbital耦合非常显著导致带隙减少200meV。双轴拉伸应变下,随形状的相应变化β-SbAs的带隙可以关闭、重新打开,这让人想起在许多拓扑绝缘体中的能带反转。我们进一步证实了β-SbAs单层的非平凡拓扑特性,通过在拉伸应变为12%下的Γ点处线性交叉无间隙的边缘态。因此,二维β-SbAs单层是实现量子自旋霍尔(QSH)效应的一种很有前途的候选材料。 *PHYSICALREVIEWB93,245303(2016)
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