通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法技术

本发明专利技术公开了一种能够有效提高金属表面对丝氨酸异构体区分能力的方法，步骤包括：从铜体相中得到纯净的Cu(531)表面；利用DFT计算方法对其结构进行优化得到其晶格常数；构建出手性分子丝氨酸，并对其进行结构优化；再将优化好的丝氨酸异构体分别放在优化好的Cu(531)面的多种不同位置上，分别对其结构进行优化；检查优化好的结果，找出能够稳定存在的结构；对左右手性的丝氨酸(L和D)在Cu(531)的吸附能做差ΔE，从而得到左右手性的丝氨酸在吸附能上的差别，差别越大其分离能力越好。本发明专利技术使用新颖而又精确的DFT计算方法，结合实验数据，通过对Cu(531)进行掺Ni的表面修饰使得双金属表面对丝氨酸异构体的区分能力比之纯的铜表面提高了36％。

Method for effectively improving the separation ability of copper table to serine by surface modification

The invention discloses a method to improve the metal surface, ability to distinguish isomers of serine comprises the following steps: to obtain pure Cu from copper solution (531) surface; calculation method using DFT to optimize the lattice constant of the structure; construction of chiral molecular serine, and carries on the structure optimization; and the optimization of serine isomers were good on the optimization of Cu (531) surface in different positions, respectively, to optimize its structure optimization; check good results, to find the existence of stable structure; about chiral serine (L and D) in Cu (531) adsorption can make difference E, in order to get around the chiral serine in adsorption energy on the difference, the greater the difference between the separation ability of the better. The invention uses novel and accurate DFT method combined with experimental data, based on the Cu (531) surface modification of the doped Ni than pure copper surface improves the ability to distinguish between double metal surfaces of 36% isomers of serine.

【技术实现步骤摘要】
通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法
本专利技术涉及手性氨基酸吸附在金属基领域，特别是涉及增强丝氨酸在表面修饰的铜表面的分离能力设计方法。
技术介绍
丝氨酸(serine)是一种有助于维持免疫系统的氨基酸，也是制药行业中一种重要的手性有机分子，所谓手性分子是指化学中结构镜像对称但又不完全重合的分子，它们分为左手和右手对映体，左、右旋光异构体在气相中有着相似的物理和化学性质并且左、右旋手性分子能量几乎相同很难区分。但是丝氨酸的一种对映体对治疗有益，而另外一种有害，因此，正确分离丝氨酸的对映异构体是极为重要。在手性分子与金属基底相互作用自组装生长的过程中，左、右旋对映异构体具有完全不同的生长方向，因此会实现自发分离。自组装指在无外部直接的干涉下，由分子在基底上利用自然的引力和斥力而形成大量、有序的形状或者结构的自发过程。自组装系统通常由氨基酸手性分子(如:丙氨酸，脯氨酸，苯基甘氨酸，半胱氨酸和酒石酸)在金属基底(如:铜、银、金和镍的低指数表面)上通过气相沉积方法获得。有机分子通过自组装可以在基底上形成很多不同的结构，由于丝氨酸特殊的结构特点，并不是所有的金属界面都适合作为基底，实验观测到在室温下丝氨酸在某些金属表面会发生脱氢反应，而这种脱氢反应在丝氨酸对映异构体的分离过程中必须避免。采用第一性原理模拟的方法，研究界面对丝氨酸单分子层的结构、稳定性和生长的方向性作用的研究。只有对丝氨酸在金属表面的吸附结构和吸附机制有了清晰的认识与了解之后，才有可能最终实现有效地分离控制。文献J.Am.Chem.Soc.2012,134,9615-9621.讲述了丝氨酸吸附在Cu(531)表面上的理论和实验的研究方法，其结果发现了Cu(531)表面具有较好的好的区分丝氨酸的能力；文献TopicsinCatalysis,2011,54,1414-1428.讲述了丝氨酸在掺杂了Au的Cu(531)表面设计方法，但是并没有发现比之纯铜更好的区分能力。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供增强丝氨酸在表面修饰的铜表面的分离能力设计方法，能够解决金属基底分离区分手性氨基酸能力不足的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：增强丝氨酸在表面修饰的铜表面的分离能力设计方法，至少包括以下步骤：(1)从铜体相中得到纯净的的Cu(531)表面，对其结构进行优化，以和为基矢，做出单胞；(2)构建出左右手性的丝氨酸分子，对其结构进行优化，得到其总能；(3)再将优化后的左右手性的丝氨酸分子吸附在优化后的Cu(531)面(110)和(311)微面位置上，再分别对其结构进行优化；(4)检查其结果，并且分别找出左右手性的丝氨酸能够稳定存在的结构；(5)分别计算左右手性的丝氨酸的吸附能吸附能，确定其吸附能的差值(ΔE)。与现有技术相比，本专利技术丝氨酸吸附在表面掺杂Ni的Cu(531)的方法，有效地提高铜表面对手性丝氨酸的分离能力，与传统的Cu(531)和Cu(110)表面相比，具有更好的区分能力，同时丝氨酸吸附在掺杂Ni的Cu(531)表面上形成的吸附体系与在纯的Cu(531)和Cu(110)表面相比具有更高的稳定性。本专利技术通过丝氨酸吸附在掺杂Ni的Cu(531)表面，使其具有更好的区分能力和更高的稳定性，既能满足了基底对丝氨酸分离能力的要求，又能满足了体系稳定性的要，使其兼具性能和结构的双重优点。附图说明图1是本专利技术的通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法手性丝氨酸分子图(a)和Cu(531)的俯视图(b)。图2是本专利技术的通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法的L-和D-serine/Cu(531)的2种吸附位的化学吸附图。图3是本专利技术的通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法的不同方法计算下的吸附能曲线图。图4是本专利技术的通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法的L-serine在Ni/Cu(531)吸附图。图5是本专利技术的通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法的D-serine在Ni/Cu(531)吸附图图6是本专利技术的通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法的L-serine在Ni/Cu(531)的模拟扫描隧道图。图7是本专利技术的通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法的D-serine在Ni/Cu(531)的模拟扫描隧道图。图8是本专利技术的通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法L-serine在Ni/Cu(531)的分子态密度图。图9是本专利技术的通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法的D-serine在Ni/Cu(531)的分子态密度图。图10是本专利技术的通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法的不同基底对丝氨酸分子的分离能力对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述。实施案例一本专利技术提供通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法，如图1(a)所示，包括手性丝氨酸分子L和D，如图1(b)所示，干净的Cu(531)表面。利用MaterialsStudio软件，导入铜单胞结构，改变其晶格常数使得将其晶面指数改为(531)，加入的真空层，并且建立单胞，将表面最上面两层替换为Ni原子并将其导出。我们使用了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+vdwsurf的泛函，能量收敛精度为1*10-5，力的收敛精度为10-4，采用7*5*1的k点网格。检查得出的结果，在输出结果里找出总能大小。手性丝氨酸分子由C、H、O、N四种原子构成，分子式为C3H7O3N。在MS中构建出左右手性丝氨酸分子L和D的结构，并对其进行计算得到优化好的结构。计算方法与精度与上步相同。检查优化后的结果，在输出结果里查找出分子总能大小。将左右手性丝氨酸分子分子放在掺杂Ni的Cu(531)表面上的(311)和(110)微面的位置上。采用与上步相同的方法与精度分别进行优化。检查优化后的结果，找出稳定的结构如图4和5所示，分别计算其吸附能：分别计算吸附体系、基底、分子的总能；用体系总能分别减去基底和分子总能；从而得到左右手性丝氨酸的吸附能，再对两者做差，得到区分度ΔE。实施案例二本案例是对前述任一实施例的进一步改进，仅对改进的部分进行说明。本专利技术不限于此，上述方法可以先将丝氨酸分子吸附在纯Cu(531)表面，并且左右丝氨酸各具有两种不同的吸附构型，如图2，比较不同的吸附位，确定了(311)微面更加稳定，因而，手性丝氨酸吸附Ni/Cu(531)的吸附位为(311)微面。为确定所计算的区分能力的正确性，模拟的扫描隧道显微图展现出不同的构型，如图6和7，进而，做出分子态密度图，如图8和9，其都具有明显的差异。由于不同的掺杂Ni的浓度，可能会有不同的结果，因而，选择不同的掺杂浓度。分别计算其吸附能，得到其区分度大小ΔE，如图10。以上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法，其特征在于，所述设计方法至少包括以下步骤：(1)从铜体相中得到纯净的的Cu(531)表面，对其结构进行优化，以

【技术特征摘要】
1.通过表面修饰有效提高铜表面对丝氨酸分离能力的方法，其特征在于，所述设计方法至少包括以下步骤：(1)从铜体相中得到纯净的的Cu(531)表面，对其结构进行优化，以和为基矢，做出单胞；(2)构建出左右手性的丝氨酸分子，对其结构进行优化，得到其总能；(3)再将优化后的左右手性的丝氨酸分子吸附在优化后的Cu(531)面(110)和(311)微面位置上，再分别对其结构进行优化；(4)检查其结果，并且分别找出左右手性的丝氨酸能够稳定存在的结构；(5)分别计算左右手性的丝氨酸的吸附能吸附能，确定其吸附能的差值ΔE。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从铜体相中得到纯净的Cu(531)表面的方法如下：利用MaterialsStudio软件，导入铜单胞结构，将其晶面指数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爽，王勇辉，刘伟，杨沙，苏桂荣，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32