ADF Highlight:两个莫比乌斯共轭纳米环组成的可分离环烷(Nature Comm.,2018)

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文献资料: Yang-Yang Fan, Dandan Chen, Ze-Ao Huang, Jun Zhu, Chen-Ho Tung, Li-Zhu Wu & Huan Cong, An isolable catenane consisting of two Möbius conjugated nanohoops, Nature Communications, 9, 3037 (2018) 莫比乌斯拓扑,除了数学上的重要性外,在分子水平上也很吸引人,结构优雅而独特。然而合成却颇具挑战性。尽管一些莫比乌斯型分子已被化学家合成、分离,并进行了广泛的理论计算研究,但稳定的莫比乌斯共轭分子的设计、制备和表征至今仍是一项重要的任务,更不用说将分子莫比乌斯带组装成更复杂的拓扑了。 本文报道了由两个完全共轭的纳米莫比乌斯环组成的有机环烷的有效合成、晶体结构和理论研究结果。这项工作强调了寡对苯撑(oligoparaphenylene)衍生的纳米环(高度扭曲、合成具挑战性的共轭大环),不仅可以作为互锁超分子结构的构建块;而且还代表新的化合物种类——通过非共价相互作用稳定的,可分离的莫比乌斯构象。 本文使用ADF2017.104,在M06-2X泛函/DZP基组水平上,进行了共轭环间的相互作用能分解分析,由中科院大学丛欢课题组、厦门大学朱军课题组共同完成。 软件相关功能中文教程: 如何进行片段之间相互作用能、分子之间相互作用能、键能、键解离能、结合能计算、键能分解EDA、片段轨道布居 ETS-NOCV功能案例:二聚体能量分解(EDA)中轨道作用、电子在片段轨道间转移的分解 非键作用NCI: Non-Covalent Interactions

ADF Highlight:仿生高容量吩嗪基阳极的水系有机氧化还原液流电池(Nature Energy, 2018)

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文献资料: Aaron Hollas, Xiaoliang Wei, Vijayakumar Murugesan, Zimin Nie, Bin Li, David Reed, Jun Liu, Vincent Sprenkle & Wei Wang, A biomimetic high-capacity phenazine-based anolyte for aqueous organic redox flow batteries, Nature Energy, 3, 508–514 (2018) 水溶性有机(ASO)氧化还原活性材料,作为氧化还原液流电池(RFB)中传统过渡金属离子的替代品,近期备受关注。然而ASO可逆容量往往显著低于报道的理论最大值。本文中报道了一种吩嗪基ASO化合物,可逆容量超过其理论值的90%!通过修改吩嗪结构,使吩嗪的溶解度,相对原始吩嗪提高了1.8 M,氧化还原电位抬升超过400 mV。在接近饱和浓度下,RFB操作电压可达1.4 V,可逆阳极电解液容量为67 Ah L-1,500次循环中的每次循环的容量保持率为99.98%。   DFT计算细节:使用软件版本ADF2017,色散修正杂化泛函B3LYP-D3,AUG > ATZ2P基组(Frozen Core:none)。溶剂化方面:使用COSMO溶剂化模型,使用水作为溶剂计算溶剂化能。

ADF Highlight:二维传感材料检测甲醛的机理研究(J Mol Model, 2018)

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文献资料: Yaping Wang, Zhengyan Zhao, Guanglan Li, Yang Yan, Ce Hao, A 2D covalent organic framework as a sensor for detecting formaldehyde,  Journal of Molecular Modeling (2018) 24:153 甲醛是主要的室内污染源,大连理工大学郝策课题组使用DFT以及TDDFT研究了COF(Covalent Organic Framework) 识别甲醛的机理。分子结构、红外光谱、氢键相关质子的1H-NMR化学位移以及电子跃迁能的计算结果表明,COF与甲醛分子形成的分叉结构的氢键,在S1激发态中被增强,并且对COF的发光不利。进一步计算荧光速率常数,同样表明S1激发态中增强的氢键本身,对COF的发光产生明显的削弱现象。 本文采用的分析方法,与定量结果定性结合,表明COF用作甲醛检测传感器的可能性。

ADF Highlight:双膦固定Au团簇的手性光学活性研究(J. Phys. Chem. C, 2018)

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文献资料: Natalia V. Karimova and Christine M. Aikens, Chiroptical Activity in BINAP- and DIOP-Stabilized Octa- and Undecagold Clusters,  J. Phys. Chem. C, 2018, 122 (20), pp 11051–11065. Natalia V. Karimova、Christine M. Aikens通过TDDFT计算,对膦固定金团簇[Au11X4Cl2]+与[Au8X3(PPh3)2]2+(X = DIOP, BINAP)的手性光学活性来源,以及配体的作用进行了深入研究。 为了降低计算时间消耗,使用小的模型配体代替原始的BINAP和DIOP配体,分别计算了真空中以及氯仿溶液中的光吸收以及CD谱(如上图所示),与实验数据一致。配体导致Au核心的形变,以及配体本身的性质,对体系的手性光学活性至关重要。 另外,配体的连接方式决定了Au核心的形状,配体本身基本决定了CD谱中的高能区域,而Au核心决定了CD谱在低能量区域(波长大于350nm)的形状和正负号。

ADF Highlight:相对论DFT计算解释SO-HALA NMR化学位移在元素周期表中的变化趋势(JCTC, 2018)

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文献资料: Jan Vícha, Stanislav Komorovsky, Michal Repisky, Radek Marek, and Michal Straka, Relativistic Spin–Orbit Heavy Atom on the Light Atom NMR Chemical Shifts: General Trends Across the Periodic Table Explained, J. Chem. Theory Comput. 2018. 名词: SO-HALA = Spin-Orbit Heavy Atom on the Light Atom   本文通过研究,发现并阐明了SO-HALA效应对NMR化学位移影响的大小和方向,在电子结构水平上的原理与机制。简而言之:重原子中,部分占据的价层导致对轻原子相对论性”屏蔽”;重原子的空价层导致相对论性“去屏蔽”。 因此,在5d2~5d8、6p4 重原子氢化物中,轻原子核被“屏蔽”;4f0、5d0、6s0、6p0重原子氢化物中,轻原子被“去屏蔽”。这样解释了第六周期元素的氢化物中,1H NMR化学位移的周期性趋势,并适用于整个元素周期表,也可以推广到非氢化物的轻原子。 另外,SO-HALA NMR化学位移与SO-EDD(Spin-Orbit-induced Electron Deformation Density),也就是旋轨耦合导致的电子密度的变化有关。就轻原子核处,电子密度耗尽/集中而言,SO-HALA提供了更直观的理解图像。 从此,SO-HALA NMR化学位移这个复杂问题,能够被更广泛对化学工作者所理解。 高级教程: relativistic NMR calculations […]

文献重现:ReaxFF计算环氧聚合物的力学性质(杨氏模量、屈服点、泊松比)

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参考文献 Radue, Jensen, Gowtham, Klimek-McDonald, King and Odegard, J. Polym. Sci. B, 56, 255-264 (2018) 注意: 本功能要求软件版本号≥ADF2017.213,最新开发版下载(点击) 本案例较为耗时,16核并行计算,约1天内完成。 本文分子结构由Matthew S. Radue提供,这种纠缠交叉结构,可以通过2017版中尚未发布的一个新功能生成。分子结构下载(点击) 中文教程:ADF Modeling Suit知识库(请点击)

ADF Highlight:色散力强烈影响有机光伏材料的光致电荷分离( J.Phys. Chem. C,2017)

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参考文献: Juan Pablo Martínez, Daniel Eduardo Trujillo-González, Andreas W. Götz, Fray L. Castillo-Alvarado, and Juan I. Rodríguez, Effects of Dispersion Forces on Structure and Photoinduced Charge Separation in Organic Photovoltaics, J.Phys. Chem. C 121(37), 20134-20140 (2017). 本文使用DFT-D3、TDDFT-CAMYB3LYP研究了P3HT/PCBM 二聚体的分子结构、电荷分离(Charge Separation,CS)。 研究表明,确定二聚体稳定结构时,适当考虑范德华力,对CS速率常数的影响高达3个数量级。P3HT以U形结构包裹PCBM,使得色散力(吸引作用)最大化。

ADF Highlight:使用更准确的COSMO-RS新参数模拟二氧化碳在离子液体中溶解度(Green Energy & Environment, 2018)

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参考文献: Jingli Han, Chengna Dai, Gangqiang Yu and Zhigang Lei, Parameterization of COSMO-RS model for ionic liquids, Green Energy & Environment (2018). 北京化工大学雷志刚教授同合作者近期在Green Energy & Environment发表了重新优化的离子液体的COSMO-RS参数。训练集扩大到2283种无限稀释活度系数数据,以及文献中收集的1433种CO2溶解度数据。 作者使用这些拟合参数预测低温下(<273.2K)CO2在纯离子液体中的溶解度,以及在一定温度、压力范围内CO2在混合离子液体中的溶解度。 在ADF的COSMO-RS模块图形界面,用户可以直接修改(Method > Parameters)能量常数a’,氢键系数c_hb,有效接触面积a_eff: 用户可以在ionic liquids COSMO-RS教程中学习使用这些新参数。  

ADF教程:使用ReaxFF中巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法模拟锂化放电过程的电压特性

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英文教程 点击此处下载英文教程 英文教程阅读说明 准备知识 该功能版本号≥2017.211,下载地址:https://www.scm.com/support/downloads/development-snapshots/,svnRevision大于r62841的都可以 熟悉ReaxFF建模、保存任务、提交任务等基本操作 熟悉巨正则系综的含义更好 知道如何在命令行里面运行命令(本教程需要在命令行运行一次分析命令,得到电压特性数据) 知道如何将数据从文本格式转移到Excel中,并生成曲线,参考:如何从图谱中导出数据到Excel表格 阅读说明 该教程非常详细,实际上初学者也可以照着说明一步一步做出来,当然结果会有差异,这是正常的。本教程主要包含如下几个小节: 从外部导入Alpha硫晶体的*.cif文件,分别采用NPT系综低温弛豫(ADFinput > ReaxFF > Main > Task: Molecular Dynamics)、能量最小化(ADFinput > ReaxFF > Main > Task: Geometry Optimization)来得到其平衡结构。需要说明的是,教程中能量最小化得到的能量是-8535.99 kcal/mol,实际我们得到的能量可能更低。 计算Li原子的化学势:计算体心立方锂晶体的8*8*8超胞(共512个Li原子)的能量,除以512,即得到Li原子的化学势-37.70kcal/mol 对Alpha硫晶体进行巨正则系综蒙特卡洛模拟 从上一步GCMC模拟生成的*.rxkf文件中,抽取电压特性等数据:将LiVoltageProfile.py文件和*.rxkf放到同一个文件夹内,在ADF环境变量对当前命令行生效的前提下,在命令行执行:startpython LiVoltageProfile.py gcmc_test.rxkf。将生成一个文件,名为voltage_profile.out。该文件实际上是一个文本文件,给出了4列数据,其中第二列是LixS中的x值,第三列是电压,第四列是体积变化。用户可以自行用这两列数据生成教程中的曲线 上面这几步的计算模拟文件(请点击此处下载),在阅读困难的情况下,可以辅助您阅读教程,但由于GCMC这一步很耗时间(对应文件gcmc_test.adf),可能需要一天左右才能完成,因此设置的参数数值放宽了条件,没有教程里面那么严格,因此这一步仅供参考。

ADF Highlight:神奇的钍-砷多键( Nature Comm., 2017)

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参考文献: E. P. Wildman, G. Balázs, A. J. Wooles, M. Scheer, and S. T. Liddle, Triamidoamine thorium-arsenic complexes with parent arsenide, arsinidiide and arsenido structural motifs, Nature Comm. 8, 14769 (2017). 2017年Nature Communication报道了钍与体积较为庞大的triamidoamine配体形成钍-砷多重键,从而得到稳定的结构。文章使用ADF的相对论密度泛函理论,研究了ThAs(H)K、ThAs(H)Th、ThAsTh)的键合作用,并展示了从5f、6d、7s轨道生成的极化多重共价键。 这项研究进一步提高了对锕系配合物多重键的基础认知,最终有助于核废料处理过程中的配体设计。另外可以参考:novel uranium complexes。 以及其它相关文献: Thorium–phosphorus triamidoamine complexes containing Th–P single- and multiple-bond interactions, Nat. Comm. 7, 12884 (2016). Isolation of Elusive HAsAsH in a Crystalline Diuranium(IV) […]