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BUILDER V0.4 / MATERIALS / REASONING 1-10 NM

新增十道候选,材料 × 1–10 nm 从 0/10 补满 10/10。

完整执行冻结的 v0.4 流程;数值与审核结果均保留。原始运行目录:runs/materials-nm-v04-001。本批用助手会话(Claude Sonnet 5,如实上报模型身份 claude-sonnet-5)执行。已用 COD 结构(Si、金刚石、NaCl、MgO、CsCl)的晶胞全部远小于 1nm,无法直接扩展到这一格;本批改用两个真实的金属有机框架(MOF)晶体——它们自身的常规立方晶胞就落在 1–10 nm 范围内。

数据来源

两条目均来自 Crystallography Open Database (COD),由贡献者置于公有领域:

ZIF-8(沸石咪唑酯框架),COD 4118891:a=16.8303 Å(1.68303 nm),体心立方 I-43m(217 号空间群),48 个对称操作。原始文献:Karagiaridi et al., J. Am. Chem. Soc. 134, 18790 (2012),DOI 10.1021/ja308786r。原始 CIF 记录一对连接体碳/氢原子存在 63:37 的占位无序(C2/H2 主要位点 vs C2A/H2A 次要位点);本批工作坐标只使用完全有序的原子,或在需要外环连接体碳时只取占位 63% 的主要位点,次要位点已从工作坐标文件中剔除并在此明确披露。

MOF-5(IRMOF-1),COD 1516287:a=25.8247 Å(2.58247 nm),面心立方 Fm-3m(225 号空间群),192 个对称操作,全部原子占位=1,无无序。原始文献:Lock et al., J. Phys. Chem. C 114, 16181 (2010),DOI 10.1021/jp103212z。

对称展开复用 tools/recompute_materials_batch2.py 中已审核通过(用于材料×0.1–1nm 批次 MNP004/MNP005/MNI004/MNI005)的通用立方 CIF 对称展开函数;展开后的晶胞组成(ZIF-8: Zn12 C72 H72 N48;MOF-5: Zn32 O104 C192 H96)与 COD 官方 API 自带的 cellformula 字段完全一致,独立确认展开正确。

本轮产出

10 道全部通过同会话初筛:感知 5、推断 5,材料 × 1–10 nm 从 0/10 达到 10/10。全部题目走 evidence_review 路由——周期结构的全局尺度扫描、晶面间距和结构因子消光定则均非 schema 已注册的 xyz_distance/xyz_angle 验证器类型。

MNP006 · 初筛通过,待人工审核

ZIF-8 Zn 亚晶格(12 个原子,一个常规晶胞)内任意两个 Zn 原子间的最大距离,并指出取得该最大值的两行。

参考答案:Dmax = 17.8512 Å,由 row 3 与 row 12 取得(66 个原子对的穷举扫描)。

生成记录 ↗ · 完整题干与坐标 ↓

MNP007 · 初筛通过,待人工审核

MOF-5 Zn 亚晶格(32 个原子)内的最大 Zn-Zn 间距。

参考答案:Dmax = 23.9459 Å,由 row 1 与 row 32 取得(496 个原子对的穷举扫描)。

生成记录 ↗ · 完整题干与坐标 ↓

MNP008 · 初筛通过,待人工审核

由立方晶胞倒易点阵关系 d=a/√(h²+k²+l²),计算 ZIF-8 的 (1 1 0) 晶面间距。

参考答案:d(110) = 1.190082 nm。

生成记录 ↗ · 完整题干 ↓

MNP009 · 初筛通过,待人工审核

同一公式计算 MOF-5 的 (1 1 1) 晶面间距。

参考答案:d(111) = 1.490990 nm。

生成记录 ↗ · 完整题干 ↓

MNP010 · 初筛通过,待人工审核

MOF-5 完整框架(全部元素,424 个原子)内任意两原子间的最大距离——与仅金属亚晶格的 MNP007 结果形成对照。

参考答案:Dmax = 30.6102 Å,由 row 233 与 row 328 取得(89,676 个原子对的穷举扫描)。

生成记录 ↗ · 完整题干与坐标 ↓

MNI006 · 初筛通过,待人工审核

由 ZIF-8 的 d(110) 与 CuKα 波长,应用布拉格定律求一级衍射角,并说明为何比典型小晶胞无机盐的衍射角更小。

参考答案:2θ = 7.42°;晶胞越大、间距越大,同波长下衍射角越小。

生成记录 ↗ · 完整题干 ↓

MNI007 · 初筛通过,待人工审核

同一方法计算 MOF-5 的衍射角,并与 ZIF-8 结果比较。

参考答案:2θ = 5.92°,小于 ZIF-8 的 7.42°,因为 MOF-5 的 d(111) 更大。

生成记录 ↗ · 完整题干 ↓

MNI008 · 初筛通过,待人工审核

对 ZIF-8 完整框架(204 个原子)在 4 个低阶反射上计算结构因子振幅,识别系统消光反射并给出体心晶格的选择定则。

参考答案:|F(100)|≈0(消光)、|F(110)|=331.5155(存在)、|F(200)|=196.9412(存在)、|F(111)|≈0(消光)——h+k+l 为偶数的反射存在,为奇数的消光,符合标准体心(I 心)选择定则。

生成记录 ↗ · 完整题干与坐标 ↓

MNI009 · 初筛通过,待人工审核

同一方法应用于 MOF-5 完整框架(424 个原子),得到不同的选择定则。

参考答案:|F(100)|≈0(消光)、|F(110)|≈0(消光)、|F(200)|=1874.1986(存在)、|F(111)|=70.6477(存在)——h、k、l 同为偶数或同为奇数的反射存在,混合奇偶的消光,符合标准面心(F 心)选择定则。

生成记录 ↗ · 完整题干与坐标 ↓

MNI010 · 初筛通过,待人工审核

ZIF-8(体心)与 MOF-5(面心)遵循不同的消光定则,是否说明更大的晶胞会有不同/更严格的选择定则?要求用两个结构各自已算出的结果作为证据说明真正的成因,并说明仅两个实例能建立什么、不能建立什么。

参考答案:不是晶胞尺寸的因素,而是晶格中心化类型(体心 vs 面心)决定了选择定则,与晶胞参数 a 的大小无关;仅这两个实例可以说明"是中心化类型而非尺寸解释了这一对结构的差异",但不能就此断言尺寸对任何结构的选择定则都毫无影响,也不能断言所有体心或面心的纳米尺度材料都会有完全相同的行为——只检验了两个具体实例。

生成记录 ↗ · 完整题干 ↓

方法与审核要点

感知题分三族:全局尺度(MNP006/007/010)穷举扫描一个常规晶胞内某子集(Zn 亚晶格或全部原子)的所有原子对,找到最大间距及取得该间距的两行,要求真正的搜索而非读出预给定原子对,将生物/量子域已审核通过的全局尺度方法族推广到周期性材料对象;晶面间距(MNP008/009)复用材料×0.1–1nm 批次已通过的立方晶面公式,这次落在 1–10nm 只是因为晶胞本身大了一个数量级,低阶反射的间距本身超过 1nm。推断题围绕衍射物理:布拉格角(MNI006/007)复用已通过的 MNI001/MNI004 方法族,并要求解释晶胞变大为何导致衍射角变小;结构因子消光(MNI008/009)复用已通过的 MNI002/MNI005 方法族,在真实大晶胞骨架上验证体心与面心两种不同的系统消光选择定则;比较题(MNI010)是本批的综合任务,要求区分"晶胞尺寸"与"晶格中心化类型"两个容易混淆的因素,并明确两个实例能支持什么结论、不能支持什么结论。

ZIF-8 的占位无序(连接体外环碳原子 63:37 两个位置)已在证据记录中明确披露并从工作坐标中剔除次要位点,不是隐藏处理。结构因子振幅使用原子序数 Z 作为近似 X 射线散射权重,与材料×0.1–1nm 批次(MgO/CsCl)已采用的约定一致,不是完整的 Cromer-Mann 原子形状因子。

独立复核(runs/materials-nm-v04-001/independent_checks.py)从零重写了 CIF 对称展开与穷举扫描(不导入本批主计算脚本 tools/recompute_materials_batch2.py),用 Decimal 精度独立重新解析两份原始 CIF;10/10 全部通过,且与主计算路径逐位一致。

来源与材料范围

ZIF-8: Karagiaridi et al., J. Am. Chem. Soc. 134, 18790 (2012), DOI 10.1021/ja308786r;COD 条目 4118891。MOF-5: Lock et al., J. Phys. Chem. C 114, 16181 (2010), DOI 10.1021/jp103212z;COD 条目 1516287。两条目数据均由 COD 贡献者置于公有领域。分数坐标、空间群对称操作、晶胞参数均为官方 CIF 字段原样提取;对称展开、全局尺度扫描、晶面间距/衍射角、结构因子消光定则的具体数值均为本批新计算,不是论文直接给出的数字。

本地保存原始 CIF 文件与 SHA256 校验值;网站只发布对称展开后的坐标文本片段。

没有完成的部分

设计任务缺少约束与评分器,未生成,与其余批次一致。10 道题目前都只经过同会话自动筛查与程序化数值/独立算法复核,尚无独立人工审核或模型难度试测。MNI010 的因果推理论证仍需人工语义审核。检索、提证据、规划、构题及审核仍由助手在会话中按固定协议执行,程序负责记录、字段校验、数值计算和导出,不是无人值守的全自动系统。本批 reported_model=claude-sonnet-5,未伪造 API 调用或模型使用量。