科研工作流 · 08

分子与材料发现

结合数据库、计算模型和实验约束提出候选物,并通过逐级验证缩小搜索空间。

AI 可以检索化学信息、预测性质、生成候选结构或排序实验,但“生成”不等于可合成、稳定、安全或具有目标性能。分子和材料任务差异很大,工作流必须明确组成、结构、环境、目标性质和验证层级。

适合使用这个工作流的情况

建议执行步骤

  1. 01

    定义目标与约束

    写明目标性质、单位、测量条件、范围、组成限制、成本、安全、可得性和可合成性;不要把多个目标压缩成不透明分数。

  2. 02

    建立基线数据

    从权威数据库和原始文献整理结构、性质及条件,统一标识符与单位,并区分实验值、计算值和预测值。

  3. 03

    选择表示与验证

    根据任务选择分子图、字符串、晶体结构或描述符,并预先确定时间、骨架、结构或外部测试,防止相似结构泄漏。

  4. 04

    生成、排序并逐级验证

    检查化学有效性、稳定性、重复、适用域与可合成性;记录模型和阈值,再用独立计算及实验验证,保留负结果。

质量控制问题

预期输出输出应是有来源、有约束、有优先级的候选集合和验证计划,而不是“已发现”的新分子或材料。

相关工具

可支持部分步骤的工具

工具收录不替代研究方法选择与结果验证。

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化学与材料

Materials Project

通过计算材料数据与分析工具支持新材料发现和性质探索。

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材料数据库计算材料
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MatterGen

微软研究院开发的无机材料生成模型,可按目标性质提出候选结构。

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生成模型无机材料
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GNoME

Google DeepMind 用图网络预测新材料稳定性的研究模型与数据成果。

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材料发现图神经网络
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RDKit

开源化学信息学工具包,支持分子表示、描述符、搜索与建模。

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化学信息学Python
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PubChem

NCBI 提供的开放化学信息数据库,收录化合物、物质与生物活性。

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EMBL-EBI 维护的开放药物样分子、靶点与生物活性数据库。

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药物数据生物活性
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Quantum ESPRESSO

基于平面波和赝势方法的开源电子结构计算软件套件。

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量子化学电子结构
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IBM RXN for Chemistry

利用机器学习进行化学反应预测与逆合成;官方已宣布服务将于 2026 年 10 月 28 日结束。

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