准确的模拟计算离不开恰当的建模。有一大类晶态材料，其结构中包含可辨识的分子或离子片段（如有机小分子、配体、有机阳离子等），这些片段通过共价键维持自身完整性，再经由氢键、配位键、π-π 堆积、范德华力等相互作用组装成周期性晶体。药物晶体、含能材料、有机半导体、金属有机框架（MOF）、杂化钙钛矿等均属此类，大量收录于剑桥晶体学数据库（CSD）及相关结构数据库中。对这类体系做建模时，常常遇到以下问题：
- CIF 含有占据无序，不能直接用于 MD 或 DFT 计算
- X 射线衍射分析不能准确确定氢原子位置，部分结构数据常缺失氢原子坐标，需要手动补全
- 切表面时容易切断共价键，破坏分子完整性，需反复人工调整
- 批量处理 CSD 结构时，每个体系都需手动检查分子识别是否正确
过去，上述建模步骤主要依赖 Materials Studio 等 GUI 软件逐一、手动操作，难以脚本化和批量化，还容易出错。为此，我们开发了 MolCrysKit 工具包，基于图论算法自动处理上述问题，MIT 协议开源。
值得一提的是：基于此工具包，也可以通过模型上下文协议（MCP）或者Skill等方式让AI智能体协助分子晶体的建模和材料信息学分析。
核心功能
1. 分子识别
从周期性晶体结构中自动识别完整分子（正确处理跨 cell 边界的情况）。基于图论的键连接判定，不依赖残基标签。
从分子晶体中识别有哪些分子
2. Disorder 处理
自动解析 CIF 中的占据无序，生成有序结构。
从晶体学无序中拆分出可用于后续模拟计算的有序结构副本
3. 拓扑保全表面切割
切表面时保证分子完整性。支持指定 Miller 面、层数、真空层厚度，以及自动枚举不同终端。
保持分子片段完整的界面切割
4. 加氢补全
基于配位几何和 CIF formula moiety 信息自动补氢。支持常见配位构型（四面体、三角锥、弯曲等），可自定义键长规则。
补氢
5. QM 簇切割
按配位壳层从晶体中切出球形分子簇，适用于 ONIOM / embedded cluster 计算。支持冻结外壳原子、封端等选项。
从MOF中去溶剂、切非周期性簇
安装
需要 Python ≥ 3.10。依赖 ASE、NetworkX 等常用库，会自动安装。
也可以安装GitHub上最新代码：
- pip install git+https://github.com/SchrodingersCattt/MolCrysKit.git@main
快速体验（CLI）
安装后自带mck命令，不写 Python 也能用：
- # 查看晶体基本信息（分子组成、空间群等）
- mck io info structure.cif
- # 列出晶体中所有独立分子
- mck io molecules structure.cif --json
- # 解 disorder，输出有序结构
- mck operate disorder disordered.cif -o ordered.cif
- # 补氢
- mck operate add-h no_hydrogen.cif -o with_h.cif
- # 切 (001) 表面，3层，15 Å 真空
- mck operate slab crystal.cif -o slab.cif --miller 0 0 1 --layers 3 --vacuum 15.0
- # 切 QM 簇
- mck operate cluster crystal.cif -o cluster.xyz --seed-index 0 --mode bond_shells
Python API 示例
- import molcrys_kit as mck
- # 读取 CIF
- crystal = mck.read_mol_crystal("OCHTET12.cif")
- # 查看分子组成
- for mol in crystal.molecules:
- print(mol.get_chemical_formula())
- # 切表面
- from molcrys_kit.operations import generate_topological_slab
- slab = generate_topological_slab(crystal, miller_indices=(0, 0, 1), layers=3, vacuum=15.0)
- # 切 QM 簇
- from molcrys_kit.operations import carve_cluster
- cluster = carve_cluster(crystal, seed=[0], mode="bond_shells")
链接
GitHub：https://github.com/SchrodingersCattt/MolCrysKit
PyPI：https://pypi.org/project/molcrys-kit/
文档：见 GitHub 仓库 docs 目录
引用
如果在学术工作中使用了 MolCrysKit，请引用：
- Guo, M.-Y.; Zhang, W.-X. MolCrysKit: A Topology-Aware Toolkit for Bridging Experimental Molecular-Crystal Structures and Simulation-Ready Modeling. J. Chem. Inf. Model. 2026, 66(9), 4999–5007. DOI: 10.1021/acs.jcim.6c00168
欢迎试用和反馈！使用中遇到的问题可以直接在 GitHub 提 issue，或者在本帖回复讨论。
如果有特殊的分子晶体处理需求（比如某类 disorder 解析不正确、某个体系切面有问题等），也欢迎提供 CIF 文件，我们会尽快修复。
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发表于 Post on 2026-7-21 20:53:13