[发明专利]一种金属纳米团簇结构的优化方法

权利要求书

1.一种金属纳米团簇结构的优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、设置待优化的金属纳米团簇的尺寸和构成所述待优化的金属纳米团簇的金属原子种类及数量，转入步骤S2；

S2、在半径为R的球形空间或边长为R的正方形空间内，随机生成规模为N的金属纳米团簇群，所述金属纳米团簇群由N个具有对称性的金属纳米团簇构成，每一所述金属纳米团簇由n个金属原子构成，转入步骤S3；

S3、剔除所述金属纳米团簇群中具有相似结构的金属纳米团簇，并补充新的金属纳米团簇以保持所述金属纳米团簇群的规模，转入步骤S4；

S4、对每一所述金属纳米团簇进行原子坐标和力平衡优化计算，得到多个第一金属纳米团簇结构及每一所述第一金属纳米团簇结构的能量值，转入步骤S5；

S5、分别对每一所述第一金属纳米团簇结构中的每一个金属原子进行特征提取，得到各单个金属原子的特征向量，构建包含多个第一金属纳米团簇结构所包含的所有金属原子的特征向量及每一所述第一金属纳米团簇结构的能量值的第一数据集，并将第一数据集按照预设比例划分为第一训练集和第一测试集，转入步骤S6；

S6、建立金属纳米团簇的能量预测模型框架，将所述第一训练集导入所述能量预测模型框架中进行训练以得到金属纳米团簇的第一能量预测模型，并采用第一测试集对所述第一能量预测模型的预测能力进行测试，转入步骤S7；

S7、对所述多个第一金属纳米团簇结构进行全局优化，得到多个第二金属纳米团簇结构，通过密度泛函理论分别对每一第二金属纳米团簇结构进行计算，得到多个第一能量计算结果；通过所述第一能量预测模型分别对每一第二金属纳米团簇结构进行预测，得到多个第二能量计算结果，转入步骤S8；

S8、分别将每一所述第二金属纳米团簇结构的第一能量计算结果与第二能量计算结果进行比较，若第一能量计算结果与第二能量计算结果的差值大于第一预设值，则并采用密度泛函理论对该第二金属纳米团簇结构进行局部优化，得到多个第三金属纳米团簇结构及每一所述第三金属纳米团簇结构的能量值，转入步骤S9；

S9、统计第一能量计算结果与第二能量计算结果的差值大于第一预设值的第二金属纳米团簇结构的数量，并判断所述数量是否大于第二预设值：若是，则停止全局优化，转入步骤S10；若否，则转入步骤S11；

S10、分别对每一所述第三金属纳米团簇结构中每一个金属原子进行特征提取，构建包含多个第三金属纳米团簇结构所包含的所有金属原子的特征向量及每一所述第三金属纳米团簇结构的能量值的第二数据集，并将第二数据集按照预设比例分类为第二训练集和第二测试集后分别与第一训练集、第一测试集合并成为第三训练集和第三测试集，将第三训练集导入所述第一能量预测模型中进行训练以得到金属纳米团簇的第二能量预测模型，并采用第三测试集对所述第二能量预测模型的预测能力进行测试，转入步骤S7；

S11、分别比较所述第二金属纳米团簇结构、第三金属纳米团簇结构的适应度值，将适应度值较高的金属纳米团簇作为较优的金属纳米团簇结构，转入步骤S12；

S12、判断是否达到全局优化算法的终止条件：若是，则输出较优的金属纳米团簇的结构及其能量值；若否，则转入步骤S7。

2.根据权利要求1所述的金属纳米团簇结构的优化方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：

S21、规定金属原子生成的区域；

S22、随机选择一种点群；

S23、随机生成一个金属原子的坐标；

S24、对所述金属原子的坐标进行对应的点群对称操作，得到点群对称操作后的金属原子的坐标；

S25、判断点群对称操作后的金属原子的坐标与规定区域内的金属原子的坐标是否重合，若是，则将坐标重合的金属原子合并后转入步骤S26；若否，则直接转入步骤S26；

S26、判断规定区域内的金属原子数是否达到预设的数值：若是，则输出该金属纳米团簇；若否，则转入步骤S23。

3.根据权利要求1所述的金属纳米团簇结构的优化方法，其特征在于，步骤S3中剔除所述金属纳米团簇群中具有相似结构的金属纳米团簇进一步包括：

分别计算各个金属纳米团簇的成键特征矩阵；

比较各个金属纳米团簇的成键特征矩阵，若两个金属纳米团簇的成键特征矩阵之间的欧氏距离小于设定值时，则剔除能量值较高的金属纳米团簇。