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随着计算机技术和各类计算方法的飞速发展，基于第一性原理的理论计算和模拟广泛应用于分子组装和材料设计中。我们通过第一性原理计算结合全局结构搜索，设计新型夹心化合物，提出两个全新概念和一套普适性的原子簇组装和稳定化的方案，为分子组装开辟新方法。设计并预测了一系列稳定的二维平面六配位材料。通过配位有序自组装设计并预测了一系列多孔材料(MOFs和COFs)，建立多孔材料的能带工程用于调控能带隙和光学响应。在设计MOFs基础上，合成并用于CO2捕捉，提出一个高效碳捕捉的新机理。我们的工作对未来相关领域的实验和理论研究能够起到促进和带动作用。