ReaxFF相关的新功能 – ChemTraYzer 2

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ReaxFF是一种基于力场,通过分子动力学、蒙特卡洛,模拟一定条件下的化学反应,得到产物分布、基元反应、反应速率等重要信息,探索未知反应的有力研究工具。最近几年,AMS中的ReaxFF功能迅速进入国内各大高校、研究院所,在燃烧、裂解、催化、超临界、电池、电气工程、建材、摩擦、生物药物、钙钛矿、半导体、含能材料、化学气相沉积等诸多领域有了非常广泛而成功的应用。

基于AMS中高效率并行化计算,以及丰富的模拟模型、分析工具,AMS2022增加了AdvancedWorkFlow(Advanced WF)模块,该模块包含最新的化学反应分析算法ChemTraYzer 2支持ReaxFF的化学反应分析。

性能
  • 适用范围:不仅适用于小分子体系,大分子乃至聚合物、固体表面等,均能正确分析,而且大分子内部断键、成键也能检测到
  • 支持用户自由指定时间范围进行分析,超大轨迹文件的分析处理更加灵活
  • 分析控制参数更加灵活有效
  • 以SMILES格式列出反应方程式、反应的级数
  • 反应速率常数(统计平均值,最大值,最小值),单位为cm3/(mol∗s)、cm2/(mol2∗s)等,与实验单位一致,不需要用户复杂换算
使用

在ReaxFF模拟产生的Movie中,MD Properties → Reaction detection: ChemTrazYer2.0,弹出该参数窗口:

ChemTrazYer2.0参数设置
  • T stable:滤除存在时间过短的中间体,即滤除一些由于体系密度过大,或热碰撞而产生的假产物中间体(实际碰到一起之后,可能立即就弹开了)的反应,用户可以逐渐增大到20fs、40fs,对比一下反应数量,从而了解假反应的存在情况
  • 如果勾选Write mol population与Write events per time,则可以在生成的结果中包含产物的占比,及其Mann-Kendall值(描述一个物种表现得像反应物或产物的程度),以及总体反应次数、总体键变化次数柱状图(横坐标为时间)等
  • First Frame与Final Frame:设置分析从哪一帧到哪一帧之间的反应,默认的-1表示最后一帧,即默认即分析全部时间范围
  • 其他参数一般保存默认即可
功能
  • 以SMILES格式列出反应方程式、反应的级数
  • 反应速率常数(统计平均值,最大值,最小值),与旧版的速率常数不同,新版的速率常数单位为cm3/(mol∗s)、cm2/(mol2∗s)等,与实验单位一致,不再需要用户复杂换算
  • 如上图所示,上方表格列出所有反应方程式,下方表格列出该方程式对应的每个反应事件,用户点击具体某个反应事件,Movie窗口将只呈现该反应事件中相关原子的动态过程,时间轴自动调整到合适位置,便于用户更清晰的观察、检验结果
  • 支持用户导出反应方程式列表的*.csv表格文件

如果勾选了Write mol population与Write events per time,产生的结果类似如下:

该表格多出来第三部分:Average count即产物的占比;所有Mann-Kendall值都在[-1,1]范围内,作为反应物的物种应该有更多的负值,产物应该有更多正值,中间产物应该在0左右。

点击第三部分列表中的一行,将弹窗左下角改为Bar,并设置合适的宽度,例如2000,将生成柱状图类似如下:

相关反应次数、键变化次数柱状图:横坐标时间,纵坐标数量。

如果按住Ctrl键,选中第三个表格中的多行,将产生相关的几种分子的数量变化曲线:

Advanced WF其他功能

AdvancedWF模块是AMS2022新增模块,除了ChemTraYzer 2,还包含ParAMS(ReaxFF力场拟合、DFTB参数拟合)、微观动力学、OLED数据库与流程、ACE Reaction等功能。

ChemTraYzer 2的使用,参考英文教程:

https://www.scm.com/doc.2022/Tutorials/MolecularDynamicsAndMonteCarlo/ChemTrayzer2.html

 
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