分子动力学模拟配位环境统计算法与skill

王纪峰

摘要：在分子动力学模拟中，配位分析是探究目标分子周围环境的重要分析手段之一。但是，传统的平均配位数虽然可以反映中心粒子周围邻近组分的总体数量，却难以描述不同局域构型之间的差异。对于组分复杂、配位状态丰富的电解液体系，仅依赖平均值可能掩盖大量低频但具有实际意义的溶剂化结构。在此，开发了一个skill（用于Agent），基于MDAnalysis，可从拓扑文件与轨迹中提取中心原子/分子的第一配位层组成（以GROMACS为例，拓扑文件为TPR和轨迹为XTC），并将连续轨迹转化为可统计的离散环境类型，从而定量描述局域溶剂化结构的分布及其异质性。这种技术在高熵电解液，复杂液体混合体系中具有广泛的应用。

技术原理
1. 读取TPR和XTC（或者GRO）以及中心原子的第一配位层距离（RDF读取，值得注意的是，这里的RDF对象默认为分子的几何中心）
2. 根据TPR获得每个组分的键接关系与原子类型
3. Agent自动解析中心目标分子名称与对应原子类型
4. 遍历轨迹每一帧中每一个中心原子，根据配位层距离得到中心原子第一配位层组成（使用same residue as，避免分子被截断）
5. 按每个组分的键接关系与原子类型统计半径内的配位分子数量
6. 生成每一帧，每一个中心分子的组成
7. 合并相同组成
8. 输出不同配位组成出现的组成类型，次数以及比例。

技术流程示意图（AI绘制，人工审核）

应用场景
该技术适用于存在多组分竞争配位和局域结构异质性的分子体系，可用于液态电解液、聚合物电解质、水系及多价离子电解液离子液体体系。通过统计不同局域配位环境的组成、比例及动态演化，可识别平均配位数难以揭示的少数关键构型，并进一步建立局域结构与离子输运、电化学稳定性及分离选择性之间的关联。

注意事项：
- 虽然Skills基于Codex制作，但是可以利用其他Agent进行一定改编，即可用于其他类型的Agent，例如ClaudeCode或者Qoder等。
- 虽然目前Skills是基于Gromacs实现的，但是计算原理是任何模拟软件都通用的，将拓扑文件与结构文件换成对应模拟软件的格式，即可实现通用性。

项目地址：
项目目前公开在github中：
https://github.com/WangGroupFDU/ ... tatistics/tree/main


基于该算法的项目示例：

Ye L, Wei J, Yuan S, et al. High-entropy polymeric electrolytes facilitating ion conduction and interfacial desolvation in low-temperature zinc batteries[J]. Journal of the American Chemical Society, 2026, 148(7): 7605-7613.

基于Codex的ToyModel调用示例：