Fullerene XYZ Structure Library

该仓库组织了一个富勒烯相关的XYZ结构文件库，包含从C20到C80的所有纯富勒烯异构体，以及C28Hn和C40Hn（n=1..5）的稳定结构，这些结构文件通过xTB进行了几何优化。

This repository hosts a library of XYZ-format structural files related to fullerenes, encompassing all pure fullerene isomers from C20 to C80, alongside stable structures of C28Hn and C40Hn (n=1..5). All these structural files have been geometrically optimized via xTB.

原始信息汇总

数据集概述

数据集名称

Fullerene XYZ Structure Library

数据来源

• 原始记录：Chris Ewels, Yuri Tanuma, Toru Maekawa, "ascii xyz files for all pure fullerene isomers from C20 to C80, and stable structures for C28Hn and C40Hn, n=1..5, geometrically optimised with xTB."
• 原始存储库：Zenodo
• Zenodo页面地址：https://zenodo.org/records/5615405
• DOI：10.5281/zenodo.5615405
• 许可证：CC BY 4.0

数据集内容

本数据集包含富勒烯相关的XYZ结构文件。

主要组成部分

1. 纯富勒烯异构体结构

   • 涵盖从C20到C80的所有纯富勒烯异构体。
   • 文件存储在Fullerene_Library/目录下。
   • 一级目录以碳原子数命名（如20/、60/、80/）。
   • 二级目录为异构体索引。
   • 结构文件通常存储为pure.xyz。

2. 氢化富勒烯稳定结构

   • 包含原始数据集中列出的稳定氢化富勒烯结构。
   • 文件存储在Structures/目录下。
   • 包含诸如Td-C28H.xyz、D2-C28H2.xyz、Td-C40H4.xyz等文件。
   • 原始数据集的README.txt文件保留在此文件夹中。

数据生成与处理

• 结构生成对应于论文：Tanuma, Y.; Maekawa, T.; Ewels, C. "Methodological Investigation for Hydrogen Addition to Small Cage Carbon Fullerenes."
• 纯富勒烯异构体从C20到C80。
• 稳定的C28Hn和C40Hn结构，n = 1..5。
• 几何结构使用xTB进行优化。
• 库生成工作流程使用了富勒烯生成器、Open Babel（obminimize）和xTB。

引用要求

如果使用本仓库中的任何结构文件，请引用原始来源，而非仅引用此GitHub副本。

推荐引用

1. Zenodo数据集 Ewels, C.; Tanuma, Y.; Maekawa, T. ascii xyz files for all pure fullerene isomers from C20 to C80, and stable structures for C28Hn and C40Hn, n=1..5, geometrically optimised with xTB. Zenodo, 2021. DOI: 10.5281/zenodo.5615405

2. 相关文章 Tanuma, Y.; Maekawa, T.; Ewels, C. Methodological Investigation for Hydrogen Addition to Small Cage Carbon Fullerenes. MDPI Crystals, 2021.

BibTeX条目见文件5615405.bib。

归属与重用

• 请保留对原始作者的归属：Chris Ewels, Yuri Tanuma 和 Toru Maekawa。
• 在下游重用中请保留原始DOI链接：https://doi.org/10.5281/zenodo.5615405
• 请遵循原始Zenodo许可证条款：CC BY 4.0。
• 如果此仓库在研究或衍生数据集中有用，请引用原始Zenodo记录和相关文章。

重要说明

本仓库并非由数据集作者维护的官方镜像。有关权威元数据、许可证详情和更新，请参考原始Zenodo记录：https://zenodo.org/records/5615405

搜集汇总

数据集介绍

构建方式

在富勒烯结构化学研究领域，系统性的结构数据对于理论计算与分子设计至关重要。该数据集的构建依托于富勒烯生成器，首先枚举了从C20至C80的所有纯碳富勒烯异构体，随后利用Open Babel工具包中的obminimize模块进行初步几何优化，最终采用扩展紧束缚（xTB）方法对所有结构进行了精确的几何优化，确保了能量最低的稳定构型。对于氢化富勒烯C28Hn与C40Hn（n=1至5），同样经过xTB优化，筛选出热力学稳定的结构，从而形成了一个涵盖纯碳与氢化体系的综合结构库。

特点

该数据集以其全面性与高质量优化而著称，系统收录了从二十个碳原子到八十个碳原子范围内所有可能的纯富勒烯异构体，为碳簇化学研究提供了完整的结构基准。同时，数据集包含了经严格筛选的氢化小笼富勒烯稳定结构，扩展了其在功能化材料研究中的应用价值。所有结构均通过xTB方法进行几何优化，保证了数据的计算可靠性，且文件以标准的XYZ格式存储，便于各类计算化学软件的读取与后续分析。

使用方法

研究人员可直接通过GitHub仓库获取按碳原子数与异构体索引层级组织的XYZ文件。对于纯富勒烯异构体，可依据目标碳数进入相应目录，并选择特定异构体文件进行量子化学计算、分子动力学模拟或机器学习模型训练。氢化结构则集中于独立目录，适用于研究氢添加反应机理或修饰富勒烯的性质。使用时应遵循CC BY 4.0许可，并在任何公开发表的研究中引用原始Zenodo数据集及相关学术论文，以确保学术贡献得到正确归属。

背景与挑战

背景概述

富勒烯作为碳纳米材料的重要分支，其结构多样性对物理化学性质具有决定性影响。Fullerene XYZ Structure Library 数据集由 Chris Ewels、Yuri Tanuma 和 Toru Maekawa 等研究人员于2021年构建并发布于 Zenodo 平台，旨在系统整理从 C20 到 C80 的所有纯富勒烯异构体以及部分氢化富勒烯的几何优化结构。该数据集源于对小型笼状碳富勒烯氢化方法的系统性研究，为计算材料学、纳米科学及理论化学领域提供了高精度的分子结构基准，显著促进了富勒烯稳定性、反应活性及功能化机制的深入探索。

当前挑战

在富勒烯结构预测与稳定性分析领域，全面枚举并优化所有可能异构体面临组合爆炸的计算挑战，尤其在高碳数体系中异构体数量呈指数增长。数据集构建过程中需整合富勒烯生成算法、分子力学优化及量子化学计算流程，确保几何结构的物理可靠性；同时，氢化富勒烯的稳定构型筛选需克服势能面搜索的复杂性，平衡计算精度与资源消耗。这些挑战凸显了跨尺度计算方法与自动化工作流在纳米材料数据库开发中的关键作用。

常用场景

经典使用场景

在碳纳米材料研究领域，富勒烯结构库为理论计算与模拟提供了关键的基础数据。该数据集最经典的使用场景是作为分子动力学模拟、密度泛函理论计算以及结构优化算法的输入文件，研究人员能够直接调用这些经过几何优化的XYZ坐标文件，快速构建从C20到C80的纯富勒烯异构体模型，以及C28Hn和C40Hn等氢化稳定结构，从而高效开展纳米碳笼的电子性质、热力学稳定性及反应活性的系统性探索。

衍生相关工作

围绕该数据集，已衍生出多项经典研究工作。例如，在原始关联论文《Methodological Investigation for Hydrogen Addition to Small Cage Carbon Fullerenes》中，作者系统研究了氢原子在C28和C40富勒烯上的加成方法与稳定构型。此外，该库常被后续研究引用，用于开发机器学习势函数以预测富勒烯性质，或作为基准测试集用于比较不同量子化学计算方法的精度与效率，推动了计算纳米科学方法学的发展。

数据集最近研究

最新研究方向

富勒烯结构库在纳米材料科学领域正推动前沿研究，特别是针对小笼碳富勒烯的氢化反应机理探索。该数据集提供了从C20到C80的纯富勒烯异构体及C28Hn、C40Hn氢化稳定结构的几何优化坐标，为计算化学研究奠定了数据基础。当前热点聚焦于利用这些结构文件进行机器学习驱动的材料性质预测，以及氢添加过程的动力学模拟，旨在揭示富勒烯衍生物的电子特性和稳定性规律。这些研究不仅深化了对碳纳米结构功能化的理解，也为新型储能材料和催化剂的理性设计提供了关键见解，在能源转换与存储领域具有深远影响。