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目的：介绍使用Surface Builder切割晶体表面并在新表面上放置片段的方法。所用模块：Materials Visualizer往期系列教程：
Materials Studio建模教程-1：自动保存、导入结构、生成图表文档、创建文件夹并移动文档、添加和重命名HTML文档等
Materials Studio建模教程-2：绘制苯酚、二环戊二烯、2-氯吡啶分、甲基丙烯酸甲酯分子结构模型，添加照明效果！
表面化学，特别是化学反应和多相催化，在许多工业生产过程中起着至关重要的作用。使用分子建模和计算的方法可以更加深入了解这些化学和物理过程，从而有助于化学反应过程设计。本教程说明了Materials Studio辅助表面化学计算研究的应用，详述了建立原子表面模型以及向这个表面上连接小分子的方法。本教程包括如下内容：
启动Materials Studio并建立一个名为Platinum的新工程。如想获得关于创建新工程的指导，可参见Project management教程。如果Materials Studio还没有打开，双击桌面上的Materials Studio图标，或者从Windows开始菜单的程序列表中选择BIOVIA | Materials Studio，以启动程序。打开New Project对话框，输入Platinum作为工程名，单击OK按钮。新工程将以Platinum为工程名列于Project Explorer中。注意：为了和本教程中的参数保持一致，可以使用Settings Organizer对话框将工程中所有参数都设置为BIOVIA的默认值。有关恢复默认参数设置的步骤，可参见创建工程教程（Creating a project tutorial）。在本教程中，将使用到金属铂的晶体结构，可以从MS的结构库中导入该晶体结构。在Materials Studio安装时已包含了大量分子、晶体和材料结构。从菜单栏中选择File | Import...或者在Standard工具栏上单击Import按钮，打开Import Document对话框，导航至并选择Examples\Documents\3D Model\Pt.xsd，然后单击Open按钮。即在当前工程中导入了金属铂晶体结构的3D原子结构文件Pt.xsd，并显示在3D Viewer中。现在切割晶体表面。从菜单栏中选择Build | Surfaces | Cleave Surface。Cleave Surface对话框的Surface Box选项卡在晶体中显示的蓝色虚线代表了将要切割的晶面，这一信息也在Cleave Surface对话框Surface Box选项卡顶部的Cleave Plane (hkl)文本框中显示，默认的晶面是(-1 0 0)面。在Pt中将要切割的活性表面是(1 1 1)面。在Cleave plane (hkl)文本框中，输入1 1 1，然后按下TAB键。在3D Viewer工具栏上单击3D Viewer Reset View按钮。蓝色的框表明将要切割的晶面移动到了(1 1 1)晶面。可以使用Surface Box选项卡上的Position工具选择所切割的表面顶部的位置和表面的厚度。在Cleave Surface对话框中，在Fractional列中的Top数值调节的增加按钮单击一次，使数值增加到1.0。表示切割晶面的选框向下移动到了下一晶面的原子，相应的真实距离增加到2.265 Å)，如果使用数值调节按钮控制选框的位置，每单击一次都会使表示切割晶面的选框向下移动一个晶面。这对于在一个晶胞中有多种不同原子的体系会相当有效。在Fractional列中的Thickness数值调节的增加按钮单击三次，增加数值到4.0。切割晶面的选框的厚度增加了，并且相应的真实距离增加到9.062 Å。现在已经设置了表面参数，可以切割晶体。将打开一个名为Pt(1 1 1).xsd的3D原子结构文档，并以一个沿着Pt原子的白色菱形来显示出2D周期结构。可以在Recleave Surface对话框中再次改变Top和Thickness设置，两个3D原子结构文档均会自动更新。注意：当切割了表面且表面结构为当前文档时，Cleave Surface对话框将更名为Recleave Surface对话框。通过在Pt.xsd和Pt (1 1 1).xsd文档之间进行切换，可以观察到这一点。在Recleave Surface对话框中的Thickness数值调节的增加按钮上单击二次，关闭对话框。坐标方向箭头表明切割的晶面与笛卡尔坐标成一定角度，通过选择表面原子或2D晶格可以将分子对齐到笛卡尔坐标。对齐2D晶格将会对齐表面结构中的所有原子。一般地，应该首先对齐视图，然后将分子或对象对齐到视图。由于已经重置了视图，所以现在可以对齐分子。Align Onto View工具提供了一系列对齐选项，首先将使用默认选项。在3D Movement工具栏上单击Align Onto View按钮。表面发生了旋转，2D晶格现在处于XY平面内，沿着X轴。单击Align Onto View按钮旁的选项箭头，从下拉列表中选择Align With View YZ Plane。单击Align Onto View按钮旁的选项箭头，从下拉列表中选择Align Horizontal。现在已经从3D晶体建立了一个2D晶胞，然而在较多情况下，希望能够观察到几个晶胞。可以在保持一个晶胞的周期性的同时增加显示晶胞的数目，或者可以建立由几个晶胞构成的超晶胞。此处将分别演示，首先增加晶胞的数目，然后建立超晶胞。在Pt(1 1 1).xsd中任意位置单击，取消选择2D晶格，然后在3D Viewer工具栏上单击Display Style按钮，打开Display Style对话框。在Atom选项卡上，选择Ball and stick选项。选择Lattice选项卡。可以通过在Display Style对话框的Lattice选项卡上增加U和V的显示范围来改变可观察到晶胞的数目。在Max. U和Max. V旁边的数值调节增加按钮上各单击两次，关闭Display Style对话框。每单击一次数值增加按钮，都会更新3D原子结构文件，最后的文件包含3 × 3表面。然而这个表面仍然保持初始的周期。该方法可实现可视化的目的，但增加U和V的显示范围并不增加表面单位晶胞的尺寸。为了实现增加表面尺寸的目的，必须使用Materials Studio中的建立超晶胞的功能。从菜单栏中选择Build | Symmetry | Supercell。超晶胞的范围是从当前显示的3D原子结构文件读取的，将建立3 × 3超晶胞。单击Create Supercell按钮，关闭对话框。建立了一个更大的表面，包括9个初始单位晶胞。这个结构现在具有比较适合进行表面计算的尺寸，从而不会有表面分子与其自身的周期性镜像之间的相互作用。该体系具有2D周期性，如果想要对其使用量子力学模块，例如CASTEP或DMol3进行计算，需要通过建立一个真空层将其转化成三维晶格。真空层是一个三维周期晶胞，有一个真空层分割表面结构及其周期性镜像。使得能够在表面放置分子，在真空区，分子不与其上的表面周期性镜像发生相互作用。从菜单栏中选择Build | Crystals | Build Vacuum Slab...。打开Build Vacuum Slab Crystal对话框。可在该对话框中设置真空层的方向、厚度和位置。Build Vacuum Slab Crystal对话框的Vacuum Slab选项卡将Vacuum thickness从10.00增加到20.00 Å，单击Build按钮。将更新Pt(1 1 1).xsd结构，其将显示为一个晶胞，在底部是Pt的表面，在上面是很大区域的真空。由于这个体系是三维周期，所以在晶胞的顶部有一层原子。可以改变显示方式，使这些原子不可见。从菜单栏中选择View | Display Style，打开Display Style对话框，选择Lattice选项卡，将Style从Default更改为Original，关闭Display Style对话框。本教程的最后一步是建立一个小分子并把它添加到表面上。应该在一个新的3D Atomistic文件中绘制一个甲烷(methane)分子，复制并粘贴到真空层中，然后把它添加到表面结构中。在Standard工具栏上单击New按钮旁边的选项箭头，从下拉列表中选择3D Atomistic Document。单击Sketch工具栏上的Sketch Atom按钮，在新的3D Viewer中单击，按下ESC键结束绘制。即在3D原子结构文件中绘制了一个单独的C原子，下面通过Adjust Hydrogen加氢和Clean整理工具，将其更改为甲烷。在Sketch工具栏上单击Adjust Hydrogen按钮，接着单击Clean按钮。下一步是把甲烷分子复制并粘贴到包含真空层的文件中。从菜单栏中选择Edit | Copy，在Project Explorer 中双击Pt(1 1 1).xsd，然后在Standard工具栏上单击Paste按钮。提示：也可以使用标准Windows快捷键CTRL + C和CTRL + V复制和粘贴结构。甲烷分子被粘贴到真空层晶胞中，现在应选定、平移、旋转该分子，直到它添加到表面上。按住SHIFT和ALT键，再加上鼠标右键，向上拖动光标。提示：如果由三键鼠标或带滚轮的鼠标，可以仅按住SHIFT键并按住滚轮或鼠标中键拖动，而无需同时按下ALT键。分子向屏幕的上方平移。对于表面和甲烷分子，使用空间填充表示方法进行可视化会有助于甲烷分子的定位。在3D Viewer中单击以取消选择任何对象，单击3D Viewer工具栏上的Display Style按钮，打开Display Style对话框。在Atom选项卡上选择CPK选项，关闭对话框。在甲烷分子上双击将其选中，将分子平移到表面的中心，为此，可能需要改表面的观察方向。为了成功地将分子添加到表面上，应该旋转分子以使氢原子向下指向表面。可以通过按住SHIFT键和鼠标右键，并拖拽光标，来旋转一个片段。Materials Studio在体系旋转时跟踪光标运动。这意味着屏幕中光标的位置会影响所旋转对象的旋转轴。当光标在屏幕中间时，上下拖动将围绕y轴旋转，而左右拖动将围绕x轴旋转。如果想要在z平面旋转，需要将光标移动到屏幕边缘，并沿着边缘进行拖动。将光标放到3D Viewer的中间，按住SHIFT键和鼠标右键，左右拖动光标，然后上下拖动。将光标放到3D Viewer的边缘，按住SHIFT键和鼠标右键，沿着文件边缘拖动光标。使用旋转和平移功能定位甲烷分子，当完成时，在3D Viewer空白处双击以取消选择。已经成功的在Pt表面上添加了一个甲烷分子，现在可以使用CASTEP、DMol3或Forcite等工具对该结构进行能量和动力学计算了。从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。