沸石分子筛是一类重要的无机微孔晶体材料,其独特的骨架结构和化学性质使得它在催化、吸附、分离和离子交换等工业过程中得到了广泛的应用。但是目前已知的分子筛结构远远不能满足日益增长的工业需求,因此开发合成新型的分子筛结构成为了许多科研工作者的主要目的。其中利用计算机技术预测假想分子筛结构的方法为人们提供了数以百万计的靶向结构,但从大量靶向结构中识别具有特定功能的假想分子筛结构是一项巨大的挑战。为了鉴定高性能的分子筛结构,人们一直致力于计算分子筛的吸附和催化性能,但对于许多候选结构来说,它们的计算量很大以至于令人望而却步。在这里,我们首次提出了孔道拓扑网络的概念,通过分析已知分子筛的孔道网络,确定高性能分子筛的孔道特征,并以此为依据,实现在海量假想结构中快速搜索具有高性能孔道特征的假想结构,为功能导向新型分子筛的研发提供重要的理论参考。通过分析7个具有优异性能的分子筛的微孔网络,我们第一次能够在≥400000个候选分子筛中快速识别最具价值的合成目标。本论文的主要成果如下:1、首次提出了孔道网络的概念,这样能够快速地搜索具有高性能的假想分子筛结构。以往的工作中利用分子筛孔道的传统描述符来鉴定高性能结构的方法是不完整的,且直接通过模拟计算分子筛的催化和吸附性能又是非常耗时的。因此针对这些问题,我们提出了孔道网络的概念。与以往的筛选方法不同,孔道网络首先着眼于分子筛孔道的整体布局,其次再对局部的特征进行分析比较,进而快速的筛选高性能的分子筛结构。2、利用ToposPro程序分析并统计了235种已知分子筛结构的骨架,dual net和孔道的拓扑信息,如:顶点符号(Vertex Symbol,VS)、配位序(Coordinate Sequence,CS)、拓扑密度(Topological Density,TD)、环的尺寸等。通过分析它们的孔道拓扑发现一种分子筛结构仅对应一种自然孔道拓扑,但是一种自然孔道拓扑可以对应多种分子筛结构。本文以7个典型的分子筛为例—CHA,LTA,FAU,MFI,MOR,AEL,AFI—来进行相似孔道的鉴定。首先根据孔道拓扑信息快速识别与7个典型分子筛具有相同孔道拓扑的结构;之后通过计算分子筛孔道的几何信息来确定最具价值的目标分子筛。其中几何信息包括最大包含球直径(Largest included sphere diameter,LCD)、最大自由球直径(Largest free sphere diameter,PLD)、窗口形状、窗口尺寸、孔道长度和孔道夹角等。经过层层筛选发现在235种已知分子筛结构中AEI与CHA具有相似的孔道结构,KFI与LTA,BOF与AEL具有较为相似的孔道结构。3、利用Topos Pro程序分析并统计了于吉红小组预测的假想分子筛结构数据库和Deem-PCOD数据库中的SLC(Sanders-Leslie-Catlow)子数据库中的假想分子筛结构的拓扑信息。其中于吉红小组预测的假想分子筛结构库中包含两套数据:一个是由FraGen结构模拟程序生成的假想分子筛结构;另一个是堆积层数不超过16层的ABC-6家族的假想分子筛结构。首先计算了这些假想分子筛结构的孔道拓扑;其次根据孔道拓扑信息进行筛选;最终通过计算孔道的几何信息鉴定出最具合成价值的假想分子筛结构。经过拓扑信息的筛选分别在FraGen数据库中得到269个结构,ABC-6数据库中得到21个结构,Deem-PCOD数据库中的SLC子数据库中得到50880个假想分子筛结构与7个高性能分子筛具有相同的孔道拓扑。之后进行几何信息的鉴定,发现在FraGen数据库中没有合适的假想分子筛结构,ABC-6家族中仅得到一个代码为AABBCC的分子筛,即CHA,且DeemPCOD数据库中的SLC子数据库中得到76个与所给分子筛具有相似孔道结构的假想分子筛。