有机光电材料富信息数据库的设计与研发

This project intend to design and develop an organic optoelectronic material database, which is constitued by organic fragment with large π conjugation and the corresponding electronic structure information of ground and excited state. The distinguishing feature of this database is the inclusion of rich information about electronic structure ande excited states which are obtained by wavefunction analysis. The organic fragments with π conjugation are recognized and extracted from large structure databasewe by self-made software CoordMagic. Then, quantum chemistry calculation and wavefunction analysis are performed on these fragments to obtain rich information about their 3D geometry, electronic structure and excited state properties. These information will be stored into database. During this step, we will program VMwfn software to perform high throughput data extraction and formatting. Next, the application of cheminformatics methods such as high-throughput structure screening, structure-property relationship analysis, benchmark of quantum chemical methods and machine learning on the database will also be performed.

本项目的目标是设计并开发一个有机光电材料数据库。该数据库由具有大π共轭的有机小分子片段结构，和与之对应的基态和激发态电子结构信息组成。数据库的特色是包含了采用波函数分析手段获得的关于电子结构和激发态的的多方面信息，从而能够充分的反映有机光电材料对精细电子结构变化敏感的特点。其中共轭有机片段分子采用自编软件CoordMagic从大型结构数据库中识别并提取，然后采用量子化学和波函数分析方法获得关于该片段的几何结构，电子结构，以及激发态的信息，并将这些信息储存到数据库中，这一步中我们采用自编软件VMwfn调用量化软件和波函数分析软件以完成高通量数据采集以及格式化工作。接下来，在不断完善数据库的基础上，进一步开展高通量结构筛选，构性分析，机器学习，量化计算方法评测等研究。

当前材料方向研究的热点领域是使用机器学习进行材料设计，而机器学习的一个重要前提是能提供大量的数据给电脑进行训练，因此高效的建立分子材料数据库具有重要的价值。.本项目针对上述目标做了以下研究：1. 设计开发了python库coordmagic，主要功能包括分子的读写，变形，切片，组装等操作。2，设计开发了vmwfn程序包，其中包括了一系列小程序，用以高通量的产生量化计算输入文件和处理输出文件。3，使用1，2开发的程序，产生数据库。目前coordmagic和vmwfn已经开源发布。数据库中的结构已经产生完毕，还在等待量化计算的结果完成。4，基于coordmagic库开发了小分子/聚合物力场参数生成工具ztop，可以方便的产生用于动力学模拟的小分子/聚合物力场参数，使用该程序辅助完成了一次有机光伏电池材料的动力学模拟，发表在了Nature Energy上。.本项目的意义在于，为高通量处理分子结构，以及量化计算，提供了平台和工具，从而能高效的建立数据库，以便后续从大量数据中挖掘信息和规律。..