无机晶体结构数据库 ICSD 是规模很大的、经过齐全评估并已颁发的晶体结构数据库
，数据大多来自尝试了局。然而
，纯尝试步骤已经不再是发现新化合物和新结构的唯一蹊径。很多用于仿照和预测无机固体结构的推算步骤已经出现
，并产生了大量理论晶体数据 (1)。鄙人文中
，我们将展示一些若何在 ICSD 中使用理论数据的示例。

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对于 ICSD 的尝试用户而言
，也许一个很沉要的例子
，是使用理论类别：预测的、非现有的晶体结构。随着晶体结构预测变得越来越靠得住
，这一类别能够成为合成规划的优良工具。出格是
，获取尚未合成的未知化合物
，或已知化合物尚未合成的变体信息
，可能为 ICSD 用户带来沉要优势
，并用于多多科学、技术和工业利用。这里
，我们展示理论结构中的无数
，即 3860 个 CIF 文件
，是已被预测并期待合成的结构
，见表 1。当然
，我们想指出
，预测结构有功夫限度
，由于每一个预测结构都是在颁发年份内被评估和分类的。另一方面
，很多理论结构在颁发多年后依然没有被合成。若是用户将检索与 ICSD 中的尺度化关键词结合起来
，对新的、尚未合成的结构或资料的检索能够更细。参考文件 (3) 给出了一个此类 ICSD 检索示例：使用与电池领域潜在利用资料有关的关键词
，将检索缩幼到少于 100 个预测的、非现有的晶体结构。

表 1：ICSD Desktop 2019.2 中理论晶体结构 CIF 文件的数量

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接下来
，我们将展示一些若何使用表 1 中优化结构和组合结构的示例。优化的
，或现有的
，晶体结构
，是 ICSD 中已有尝试晶体结构经过理论推算得到的结构。在尝试资料科学及有关科学中
，它们能够作为工业和技术利用中的优良工具；在这些利用中
，对资料进行细调很沉要
，由于推算和尝试之间的藐幼误差可能导致资料拥有分歧性质 (1)。在推算资料科学及有关科学中
，优化结构可用于步骤开发
，也可为后续推算天生参数。下文展示一个这样的示例。

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在检索起头时
，用户应选择 theoretical structures
，见图 1 红色圆圈。下一步
，用户应选择 experimental information
，见左侧绿色圆圈
，并从下拉菜单当选择 Calculation Method
，见中央绿色圆圈。总共有 16 个理论类别能够用于检索 (1)。如果用户有兴致为今后的 PAW 推算天生参数
，而 PAW 推算很常见。而后
，用户应选择 Projector augmented wave (PAW) 步骤和 Optimized (existing) crystal structure
，并点击 Count Experimental Info Search。该检索会得到 1324 个理论 CIF 文件。了局显示
，这是一种很常用的步骤
，1324/2461 个 CIF 文件
，见表 1；然而
，从如此大的数据集中提取数据并不容易。因而
，用户会被疏导到 Comment 字段
，见绿色圆圈；在这里
，用户能够检索用于相应理论晶体结构推算的附加推算信息。这些推算信息提供关于代码、检索算法、步骤、基组信息和推算技术细节的内容
，例如 cutoff energy、K-point mesh 等
，并提供关于推算可沉复性和推算质量的信息 (1, 2)。最后
，用户应输入感兴致的理论细节
，例如 Cutoff energy 400 eV
，见图 1
，并点击 Count Experimental Info Search。这将得到 182 个理论结构
，见玄色圆圈
，可用于进一步分析和数据挖掘。

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优化结构是适合多种利用的优良工具
，而其中有意思的一种
，可能是将优化结构与尺度化关键词结合。这些检索能够涉及资料性质
，如电子、磁性、光学等；或者
，将关键词与化学信息
，如元素
，或结构信息
，如结构类型结合使用
，可能方便地检索特殊资料
，例如超导体或压电资料
，或技术利用
，例如太阳能电池或固体电解质 (1, 3)。鄙人面的示例中
，我们将展示若何在 ICSD 中检索 nano 结构。

图 2：若何在 ICSD 中检索理论 nano 结构的示例
，ICSD Desktop 2019.2
，部门一。

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用户应在检索起头时选择 theoretical structures
，见图 2 红色圆圈。下一步
，用户应选择 experimental information
，见左侧绿色圆圈
，并从下拉菜单当选择 Calculation Method
，见图 1 绿色圆圈。而后
，用户应选择 Optimized (existing) crystal structure
，并点击 Count Experimental Info Search。该检索会得到 2461 个理论 CIF 文件
，见图 2 绿色圆圈。用户随后转到 Bibliography 部门
，见图 2 左侧蓝色圆圈
，在这里能够检索书目信息。在尺度化 Keyword 字段中
，见图 2 中央蓝色圆圈
，用户应输入 Nano
，并点击 Count Bibliography Search。该检索总共会得到 625 个理论 CIF 文件
，见右侧蓝色圆圈；与优化结构结合的关键词检索会得到 404 个理论 CIF 文件
，见图 2 玄色圆圈。最后
，用户应点击 Run Query 按钮
，并进入图 3 中的进一步分析。

图 3a 展示了由关键词检索 Nano 与优化结构组合得到的 404 个理论 CIF 文件中的前 10 个了局。乍看之下
，这些结构中的无数看起来像尝试已知的元素或二元化合物
，与资料科学或 nano 技术似乎没有太多关系。然而
，若是我们更深刻查看
，并从列表当选择一个结构
，就会看到很有意思的 nano 结构。鄙人面的示例中
，列表开头的结构被选为元素 Mo
，拥有已知 bcc 结构
，见图 3a。因而
，用户会找到结构数据以及其他有关的书目信息。图 3b 展示了颁发该示例 Mo 结构的论文提要。Lin 等人 (4) 展示了 Mo nano 线的预测结构
，这些结构不拥有块体 Mo 资猜中发现的 bcc 构型。在这个示例中
，我们展示了通过已知优化晶体结构寻找预测 nano 结构的步骤。我们想指出
，nano 技术这个复杂领域常使用已知的优化块体结构
，如钼
，来钻研不有关的 nano 结构；这可能导致 ICSD 中存储多个 Mo 块体结构
，但在分歧论文中含有各类附加 nano 结构。另一方面
，Schonecker 等人 (5) 预测了过渡金属的亚稳立方和四方晶相；图 3a 中列出的开头迪胲结构等
，也在统一论文中被用作薄膜
，其中基底的厚度和组成被扭转。

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a)

b)

图 3：若何在 ICSD 中检索理论 nano 结构的示例
，ICSD Desktop 2019.2
，部门二。a) 将尺度化关键词 nano 与优化结构结合检索得到的前 10 个了局；b) Lin 等人在 RSC Adv. 中颁发的论文提要 (4)
，其中颁发了示例 Mo 结构。经英国皇家化学会许可
，转载自参考文件 (4)。

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通过纳入尝试 nano 结构
，能够对 nano 结构检索作进一措施查。这能够通过使用理论类别来实现：理论与尝试结构的组合
，见表 1。若是论文中存在此类数据
，由于已颁发数据拥有高正确度
，它们对所有资料科学家都很有价值
，并拥有多种可能利用。用户应使用与优化的、现有的理论结构示例一样的步骤
，见图 2
，只是在 Calculation Method 字段当选择 combination of theoretical and experimental structure
，见图 2。该检索会得到 1368 个理论 CIF 文件
，而 Bibliography Search 会得到同样的 625 个理论 CIF 文件。

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a)

b)

图 4：若何在 ICSD 中检索组合的理论与尝试 nano 结构的示例
，ICSD Desktop 2019.2；a) 将尺度化关键词 nano 与理论类别“理论与尝试结构的组合”结合检索得到的前 10 个了局；b) Zhang 等人在 RSC Adv. 中颁发的论文提要 (6)
，其中颁发了示例金红石 TiO2 结构。经英国皇家化学会许可
，转载自参考文件 (6)。

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然而
，此刻通过组合这些了局
，能够得到 96 个拥有 nano 结构的尝试与理论数据晶体结构。类似地
，用户应点击 Run Query 按钮
，并进入图 4 中的进一步分析。

图 4a 展示了 96 个拥有 nano 结构的尝试与理论数据晶体结构中的前 10 个了局
，这些了局由关键词检索 nano 和理论类别 “combination of theoretical and experimental structure” 组合得到。与前一个示例类似
，我们必要从列表当选择一个结构
，以观察有意思的尝试与理论 nano 结构。鄙人面的示例中
，选择了开头的 TiO2 结构
，它拥有驰名的金红石结构
，见图 4b。颁发该示例金红石结构的论文提要显示在图 4b 中。Zhang 等人 (6) 展示了咖啡酸在氧化锌和二氧化钛 nano 颗粒上吸附的密度泛函理论 DFT 和尝试钻研。通过这种方式
，我们展示了若何使用块体氧化锌和二氧化钛数据
，即 CIF 文件
，以及 ICSD 数据库
，检索 nano 颗粒和 nano 棒的尝试与理论数据。

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参考文件：
1) Zagorac, D., Müller, H., Ruehl, S., Zagorac, J. & Rehme, S. (2019). Recent developments in the Inorganic Crystal Structure Database: theoretical crystal structure data and related features. J. Appl. Cryst., 52, 918-925, 10.1107/S160057671900997X.
2) https://icsd.products.fiz-karlsruhe.de/en/about/about-icsd
3) https://icsd.products.fiz-karlsruhe.de/en/howuse/using-keywords-perform…
4) Lin, K.-H., Liao, B.-Y., Ju, S.-P., Lin, J.-S. & Hsieh, J.-Y. (2015). Mechanical properties and thermal stability of ultrathin molybdenum nanowires. RSC Adv., 5, 31231-31237, 10.1039/C5RA01359C.
5) Sch?necker, S., Li, X., Koepernik, K., Johansson, B., Vitos, L. & Richter, M. (2015). Metastable cubic and tetragonal phases of transition metals predicted by density-functional theory. RSC Adv., 5, 69680-69689, 10.1039/C5RA14875H.
6) Zhang, T., Wojtal, P., Rubel, O. & Zhitomirsky, I. (2015). Density functional theory and experimental studies of caffeic acid adsorption on zinc oxide and titanium dioxide nanoparticles. RSC Adv., 5, 106877-106885, 10.1039/c5ra21511k.

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