1.本发明属于手性分子分离技术领域，涉及手性丙氨酸分子分离，具体为一种用于分离手性氨基酸的复合材料及其制备方法和计算机模拟方法。
背景技术：2.氨基酸是一类由胺和羧酸组成的重要的有机化合物，是许多生物分子的主要构成物。然而它们大多数都是手性的，有两种对映体，且具有截然不同的生物效应，因此需要分离。手性分子的对映体具有非常相似的物理性质和化学性质，但它们经常戏剧性地表现出不同的生物效应。大部分氨基酸分子存在d型和l型两种对映体，而两者的生理作用大不相同，生物通常只使用l-丙氨酸，即蛋白质的构成只采用了l-丙氨酸。d-丙氨酸一般不为生物所容，只在很少的情况下，作特殊的用途。l型对映体能被人体直接利用，而d型对映体必须被转化为l型才能被吸收利用。因此，把两者分开才更有实用价值。l-丙氨酸是广泛用于医药、化工、食品等行业的氨基酸。d-丙氨酸是一种重要的有机手性源，主要应用于手性药物、手性添加剂和手性助剂等领域。它们的性质和用途不尽相同。因此对其d，l对映体的拆分具有很大的现实意义。
3.将手性分子吸附在金属表面上，能与基底相互作用而自发生长，由于左、右旋对映异构体结构成镜像对称，因此会沿着不同的方向生长，在此过程中逐渐分离。此外，金属表面具有台阶面和合金元素分布不均匀等缺陷，破坏手性分子的对称性，提高对映异构体的吸附能差别，使其脱附顺序不同，以此达到手性分离的目的。因为丙氨酸结构特殊，与不同金属基底作用反应不同，即并非所有金属表面都适合作为丙氨酸吸附的基底。此外，同一种金属不同表面其作用不同，因此须对丙氨酸分子在金属表面的吸附结构和吸附机制有清晰的认识与了解。
技术实现要素：4.为了解决传统纯金属基底分离手性氨基酸能力不足的问题，本发明的提供一种用于分离手性氨基酸的复合材料和对金表面掺杂以增强对丙氨酸分子分离能力的方法。
5.用于分离手性氨基酸的复合材料为在au(5 3 2)表面掺杂ni。
6.用于分离手性氨基酸的复合材料的制备方法，包括通过切割或在特定晶相的衬底上生长获得au(5 3 2)面，然后通过电子探针显微镜搬离au(5 3 2)表面最上一层的金原子并替换成ni。
7.对金表面掺杂以增强对丙氨酸分子分离能力的计算机模拟方法，包括以下步骤：
8.步骤一：从金体相中得到纯净的au(5 3 2)表面，利用materials studio软件构建出左、右手性的丙氨酸分子，再使用vasp软件分别对其结构进行优化并得到分子总能和优化后的au(5 3 2)表面基底总能；
9.步骤二：分别将优化后的左、右手性丙氨酸分子吸附在优化后的au(5 3 2)面上不
同位置，对这些结构进行优化并计算总能，找到左、右手性丙氨酸分子在au(5 3 2)面上的最稳构型；
10.步骤三：分别计算步骤二最稳构型对应的吸附能e
ads
并计算所得吸附能差值δe1；
11.步骤四：在au(5 3 2)表面掺杂ni原子，设该表面为ni/au(5 3 2)面，对其结构进行优化并得到总能；
12.步骤五：分别将优化后的左、右手性丙氨酸分子吸附在优化后的ni/au(5 3 2)面上不同位置，对这些结构进行优化并计算总能；
13.步骤六：对步骤五所述总能进行比较，分别确定左、右手性丙氨酸分子在ni/au(5 3 2)面上的最稳构型；
14.步骤七：分别计算步骤六最稳构型对应的吸附能e
ads
并计算所得吸附能的差值δe2；
15.步骤八：比较步骤三和步骤七所述吸附能差值，得到δe2＞δe1。
16.进一步的，步骤一使用vasp软件对其进行结构优化的方法包括：以第一性原理为理论基础，采用pbe+vdw
surf
的泛函，能量收敛精度为1*10-5
，力的收敛精度为10-4
，采用3*3*3的k点网格。
17.进一步的，步骤四具体为用materials studio软件，导入金单胞结构，改变其晶格常数使得将其晶面指数改为(5 3 2)，加入的真空层，并且建立1
×
1单胞，将au(5 3 2)表面最上一层替换为ni原子并将其导出，设该表面为ni/au(5 3 2)面，使用vasp软件对其进行结构优化，以第一性原理为理论基础，采用pbe+vdw
surf
的泛函，能量收敛精度为1*10-5
，力的收敛精度为10-4
，采用5*5*1的k点网格。
18.与现有技术相比，本发明针对手性丙氨酸分离提出在au(5 3 2)表面掺杂ni的复合材料，通过计算机模拟可知在au(5 3 2)表面掺杂ni能够有效增加手性丙氨酸分子的吸附差值，相比于纯au(5 3 2)表面、au(5 3 2)表面掺杂ag和au(1 1 1)表面掺杂ni具有更好的手性丙氨酸分离效果。
附图说明
19.图1为本发明对金表面掺杂元素以增强对丙氨酸分子分离能力的方法的手性丙氨酸分子俯视图(a为l-丙氨酸，b为d-丙氨酸)。
20.图2为本发明对金表面掺杂元素以增强对丙氨酸分子分离能力的方法的au(5 3 2)表面俯视图(左)及侧视图(右)。
21.图3为本发明对金表面掺杂元素以增强对丙氨酸分子分离能力的方法的掺杂ni元素的ni/au(5 3 2)表面俯视图(左)及侧视图(右)。
22.图4为本发明对金表面掺杂元素以增强对丙氨酸分子分离能力的方法的l-丙氨酸在au(5 3 2)表面化学吸附图。
23.图5为本发明对金表面掺杂元素以增强对丙氨酸分子分离能力的方法的d-丙氨酸在au(5 3 2)表面化学吸附图。
24.图6为本发明对金表面掺杂元素以增强对丙氨酸分子分离能力的方法的l-丙氨酸在ni/au(5 3 2)表面化学吸附图。
25.图7为本发明对金表面掺杂元素以增强对丙氨酸分子分离能力的方法的d-丙氨酸
在ni/au(5 3 2)表面化学吸附图。
26.图8为本发明对金表面掺杂元素以增强对丙氨酸分子分离能力的方法的丙氨酸分子分别在au(5 3 2)、ag/au(1 1 1)、ni/au(1 1 1)及ni/au(5 3 2)吸附之后分离能力对比图。
具体实施方式
27.本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.本发明下面结合实施例作进一步详述：
29.本发明提供一种用于分离手性氨基酸的复合材料，该复合材料为在au(5 3 2)表面掺杂ni。可通过如下步骤获得：包括通过切割或在特定晶相的衬底上生长获得au(5 3 2)面，然后通过电子探针显微镜搬离au(5 3 2)表面最上一层的金原子并替换成ni。
30.基于计算机在金表面掺杂元素以增强对丙氨酸分子分离能力的方法，包括以下步骤：
31.步骤一：利用materials studio软件，构建对称的左、右手性丙氨酸分子，如图1所示。使用vasp软件对其进行结构优化，以第一性原理为理论基础，采用pbe+vdw
surf
的泛函，能量收敛精度为1*10-5
，力的收敛精度为10-4
，采用3*3*3的k点网格。
32.步骤二：利用materials studio软件，导入金单胞结构，改变其晶格常数使得将其晶面指数改为(5 3 2)，加入的真空层，并且建立1
×
1单胞，如图2所示。使用vasp软件对其进行结构优化，以第一性原理为理论基础，采用pbe+vdw
surf
的泛函，能量收敛精度为1*10-5
，力的收敛精度为10-4
，采用5*5*1的k点网格。
33.步骤三：将优化后的l、d-丙氨酸分子分别放在优化后au(5 3 2)不同吸附位上，使用vasp软件对其进行结构优化，以第一性原理为理论基础，采用pbe+vdw
surf
的泛函，能量收敛精度为1*10-5
，力的收敛精度为10-4
，采用5*5*1的k点网格。检查优化后的结果，分别找到l、d-丙氨酸分子在au(5 3 2)表面最稳定的吸附位，如图3、4所示。
34.步骤四：分别计算步骤一分子总能e
molecule
、步骤二au(5 3 2)基底总能e
au(5 3 2)
和步骤三吸附体系的总能e
system
；用体系总能减去基底e
au(5 3 2)
和分子总能e
molecule
；从而分别得到左、右手性丙氨酸分子在au(5 3 2)表面的吸附能e0(e0＝e
system-e
au(5 3 2)-e
molecule
)，再对两者做差，得到区分度δe1。
35.步骤五：利用materials studio软件，导入金单胞结构，改变其晶格常数使得将其晶面指数改为(5 3 2)，加入的真空层，并且建立1
×
1单胞，将au(5 3 2)表面最上一层替换为ni原子并将其导出，设该表面为ni/au(5 3 2)面，如图5所示。使用vasp软件对其进行结构优化，以第一性原理为理论基础，采用pbe+vdw
surf
的泛函，能量收敛精度为1*10-5
，力的收敛精度为10-4
，采用5*5*1的k点网格。
36.步骤六：将优化后的l、d-丙氨酸分子分别放在优化后ni/au(5 3 2)不同吸附位上，使用vasp软件对其进行结构优化，以第一性原理为理论基础，采用pbe+vdw
surf
的泛函，能量收敛精度为1*10-5
，力的收敛精度为10-4
，采用5*5*1的k点网格。检查优化后的结果，分
别找到l、d-丙氨酸分子在ni/au(5 3 2)表面最稳定的吸附位，如图6、7所示。
37.步骤七：分别计算步骤一分子、步骤五ni/au(5 3 2)基底和步骤六吸附体系的总能；用体系总能分别减去基底和分子总能；从而得到左、右手性丙氨酸分子在ni/au(5 3 2)表面的吸附能，再对两者做差，得到区分度δe2。
38.步骤八：利用materials studio软件，导入金单胞结构，改变其晶格常数使得将其晶面指数改为(1 1 1)，加入的真空层，并且建立1
×
1单胞。将au(1 1 1)表面最上一层替换为ag原子并将其导出，设该表面为ag/au(1 1 1)面。使用vasp软件对其进行结构优化，以第一性原理为理论基础，采用pbe+vdw
surf
的泛函，能量收敛精度为1*10-5
，力的收敛精度为10-4
，采用5*5*1的k点网格。
39.步骤九：将优化后的l、d-丙氨酸分子分别放在优化后ag/au(1 1 1)不同吸附位上，使用vasp软件对其进行结构优化，以第一性原理为理论基础，采用pbe+vdw
surf
的泛函，能量收敛精度为1*10-5
，力的收敛精度为10-4
，采用5*5*1的k点网格。检查优化后的结果，分别找到l、d-丙氨酸分子在ag/au(1 1 1)表面最稳定的吸附位。
40.步骤十：分别计算步骤一分子、步骤八ag/au(1 1 1)基底和步骤九吸附体系的总能；用体系总能分别减去基底和分子总能；从而得到左、右手性丙氨酸分子在ag/au(1 1 1)表面的吸附能，再对两者做差，得到区分度δe3。
41.步骤十一：利用materials studio软件，导入金单胞结构，改变其晶格常数使得将其晶面指数改为(1 1 1)，加入的真空层，并且建立1
×
1单胞，将au(1 1 1)表面最上一层替换为ni原子并将其导出，设该表面为ni/au(1 1 1)面，如图5所示。使用vasp软件对其进行结构优化，以第一性原理为理论基础，采用pbe+vdw
surf
的泛函，能量收敛精度为1*10-5
，力的收敛精度为10-4
，采用5*5*1的k点网格。
42.步骤十二：将优化后的l、d-丙氨酸分子分别放在优化后ni/au(1 1 1)不同吸附位上，使用vasp软件对其进行结构优化，以第一性原理为理论基础，采用pbe+vdw
surf
的泛函，能量收敛精度为1*10-5
，力的收敛精度为10-4
，采用5*5*1的k点网格。检查优化后的结果，分别找到l、d-丙氨酸分子在ni/au(1 1 1)表面最稳定的吸附位。
43.步骤十三：分别计算步骤一分子、步骤十一ni/au(1 1 1)基底和步骤十二吸附体系的总能；用体系总能分别减去基底和分子总能；从而得到左、右手性丙氨酸分子在ni/au(1 1 1)表面的吸附能，再对两者做差，得到区分度δe4。
44.步骤十四：比较步骤四、步骤七、步骤十和步骤十三所述吸附能差值，得到δe2的差值最大，因此au(5 3 2)表面掺杂ni对分离l、d-丙氨酸分子效果最佳，δe2比纯au(5 3 2)表面分离效果增大了57％((δe
2-δe1)
×
100％/δe1＝57％)，如图8所示。
45.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.用于分离手性氨基酸的复合材料，其特征在于：该复合材料为在au(5 3 2)表面掺杂ni。2.如权利要求1所述的用于分离手性氨基酸的复合材料的制备方法，其特征在于：包括通过切割或在特定晶相的衬底上生长获得au(5 3 2)面，然后通过电子探针显微镜搬离au(5 3 2)表面最上一层的金原子并替换成ni。3.如权利要求1所述的对金表面掺杂以增强对丙氨酸分子分离能力的计算机模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：从金体相中得到纯净的au(5 3 2)表面，利用materials studio软件构建出左、右手性的丙氨酸分子，再使用vasp软件分别对其结构进行优化并得到分子总能和优化后的au(5 3 2)表面的基底总能；步骤二：分别将优化后的左、右手性丙氨酸分子吸附在优化后的au(5 3 2)面上不同位置，对这些结构进行优化并计算总能，找到左、右手性丙氨酸分子在au(5 3 2)面上的最稳构型；步骤三：分别计算步骤二最稳构型对应的吸附能e
ads
并计算所得吸附能差值δe1；步骤四：在au(5 3 2)表面掺杂ni原子，设该表面为ni/au(5 3 2)面，对其结构进行优化并得到总能；步骤五：分别将优化后的左、右手性丙氨酸分子吸附在优化后的ni/au(5 3 2)面上不同位置，对这些结构进行优化并计算总能；步骤六：对步骤五所述总能进行比较，分别确定左、右手性丙氨酸分子在ni/au(5 3 2)面上的最稳构型；步骤七：分别计算步骤六最稳构型对应的吸附能e
ads
并计算所得吸附能的差值δe2；步骤八：比较步骤三和步骤七所述吸附能差值，得到δe2＞δe1。4.如权利要求1所述的对金表面掺杂以增强对丙氨酸分子分离能力的计算机模拟方法，其特征在于：步骤一使用vasp软件对其进行结构优化的方法包括：以第一性原理为理论基础，采用pbe+vdw
surf
的泛函，能量收敛精度为1*10-5
，力的收敛精度为10-4
，采用3*3*3的k点网格。5.如权利要求1所述的对金表面掺杂以增强对丙氨酸分子分离能力的计算机模拟方法，其特征在于：步骤四具体为用materials studio软件，导入金单胞结构，改变其晶格常数使得将其晶面指数改为(5 3 2)，加入的真空层，并且建立1
×
1单胞，将au(5 3 2)表面最上一层替换为ni原子并将其导出，设该表面为ni/au(5 3 2)面，使用vasp软件对其进行结构优化，以第一性原理为理论基础，采用pbe+vdw
surf
的泛函，能量收敛精度为1*10-5
，力的收敛精度为10-4
，采用5*5*1的k点网格。
技术总结本发明属于手性分子分离技术领域，涉及手性丙氨酸分子分离，具体为用于分离手性氨基酸的复合材料及其制备方法和计算机模拟方法。本发明针对手性丙氨酸分离提出在Au(5 3 2)表面掺杂Ni的复合材料，通过计算机模拟可知在Au(5 3 2)表面掺杂Ni能够有效增加手性丙氨酸分子的吸附差值，相比于纯Au(53 2)表面、Au(5 3 2)表面掺杂Ag和Au(1 1 1)表面掺杂Ni具有更好的手性丙氨酸分离效果。的手性丙氨酸分离效果。的手性丙氨酸分离效果。
技术研发人员：韩美俊 肖炳科 张少瑜 李猛 史波 魏琼
受保护的技术使用者：江苏城乡建设职业学院
技术研发日：2022.05.05
技术公布日：2022/7/5
