新しいスプリットチャージ平衡モデルと、正味充電で定期的なフレームワークの静電ポテンシャルフィットチャージを繰り返す

ゼオライトなどの正味料金を備えた定期的なフレームワークは、幅広い使用の重要なクラスの材料です。これらの材料でゲストホストの相互作用をシミュレートするためには、部分的な原子電荷がよく使用されます。この作業では、ネットフレームワークチャージを持つ周期システムにおける部分原子電荷の生成に関する2つの方法を調査します。最初に、周期的な電子構造計算から導出された繰り返しの静電電位適合電荷を生成することの妥当性を調べます。ここでは、フレームワークの正味電荷を中和するために一定のバックグラウンド電荷が追加されます。一定のバックグラウンド電荷は、無限の周期システムの偏光などのアーティファクトを誘導する可能性のある中和対イオンを追加する必要性を取り除きます。探求する2番目の方法は、部分原子電荷を迅速に生成するためのスプリットチャージ平衡（SQE）メソッドです。SQEメソッドの元の定式化は、正味電荷のシステムに適用することはできません。この作業では、非中立システムを処理できる原子電荷基底に分割電荷を変換することにより、SQEメソッドを再定式化します。SQEABと呼ばれる新しいSQEモデル（原子基盤のため）は、充電された金属オーガニックフレームワークとゼオライトの両方を使用した一連のテストで検証されました。SQEABは、ニュートラルシステムの元のSQEモデルの結果と同等の結果を与えることが示されました。次に、SQEABメソッドが、静電電位適合電荷を繰り返すと比較することにより、電荷平衡モデルの化学構造よりも優れた荷電フレームワークの化学構造を「キャプチャ」できることを実証しました。

Periodic frameworks that possess a net charge, such as zeolites, are an important class of materials in wide use. For guest-host interactions to be simulated in these materials, partial atomic charges are often used. In this work, we investigate two methods for the generation of partial atomic charges in periodic systems having a net framework charge. We first examine the validity of generating REPEAT electrostatic potential fitted charges derived from periodic electronic structure calculations, where a constant background charge is added to neutralize the net charge on the framework. The constant background charge obviates the need to add neutralizing counterions, which may induce artifacts such as polarization in the infinite periodic system. The second method we explore is the split charge equilibration (SQE) method for the rapid generation of partial atomic charges. The original formulation of the SQE method cannot be applied to systems with a net charge. In this work, we reformulate the SQE method by transforming the split charges into an atomic charge basis that allows for non-neutral systems to be treated. The new SQE model, which we call SQEAB (for atomic basis), was validated with a series of tests using both charged and neutral metal organic frameworks and zeolites. It was shown that SQEAB gives equivalent results to those of the original SQE model for neutral systems. We then demonstrated that the SQEAB method is able to "capture" the chemical structure of a charged framework better than that of the charge equilibration model by comparing to REPEAT electrostatic potential fitted charges.