COSMO-RS – 流体热力学性质预测

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COSMO-RS计算的logP值与实验很好地吻合。 概述 COnductor-like Screening MOdel for Realistic Solvents,是一种基于DFT数据,预测气体纯液体、液体混合物、溶液、离子液体性质的方法,也通过计算过剩焓用于共晶预测与筛选。数据库中包括2500种化合物(溶剂、小分子)以及离子液体离子的DFT数据库,用户也可以通过ADF、MOPAC模块轻松扩充DFT数据库。 目前包括UNIFAC、COSMO-RS、COSMO-SAC、COSMO-UNIFAC四种理论方法。其中COSMO-RS与COSMO-SAC基于DFT理论结合表面诱导电荷的较为普适性方法,而UNIFAC是纯粹的经验参数方法,COSMO-UNIFAC在一定程度上结合了二者的优势。 COSMO-RS 与 COSMO-SAC 依赖于 DFT 对分子进行计算,得到分子表面感应电荷的数据(即,需要 DFT 软件生成 *.coskf 文件),因此一定会依赖于一个 DFT 软件。AMS 中的 ADF 模块可以无缝衔接,为 COSMO-RS、COSMO-SAC 提供该功能,为其生成 *.coskf 文件。 特殊参数 离子液体计算专用参数 COSMO-RS-PDHS参数(案例与测试效果点击链接):增加了计算带电体系所需的长程静电项(如下图所示) 基于 COSMO-SAC DHB-MESP 的缔合流体热力学性质和相平衡预测 功能 sigma-profiles,sigma potential 活度系数、亨利常数、固体与气体的溶液溶解度、分配系数、辛醇水分配系数 (log P, log Kow)评估物质在生物体内的积累,sigma moment与土壤吸附 混合溶剂的优化(最大/最小溶解度、液-液萃取) pKa、pKb 溶剂化自由能、饱和蒸汽压、(二元/三元)气液平衡相图 (VLE/LLE) 过剩能、共沸、混溶间隙 成分线、混合物闪点 考虑溶液中异构体效应 筛选共溶剂、夹带剂、深共晶溶剂、水合物/溶剂合物 快速QSPR预测多种性质:密度、熔点、沸点、闪点、介电常数、液态摩尔体积、分子范德华体积与表面积等。 聚合物热力学性质 应用 进入AMS知识库,阅读最新应用案例 中文教程

BAND & Quantum Espresso – 周期性体系DFT计算

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BAND 概述 BAND用于周期性边界条件体系的第一性原理计算,因此主要用于三维晶体、二维固体表面与一维纳米线、纳米管、聚合物体系。能够对材料的谱学性质、光的吸收与折射、静电势、电子密度、原子电荷、费米面、有效质量、态密度、能带与化学键分析,电荷分析与谱学性质,表面化学反应、表面吸附问题进行研究。与流行平面波软件相比,BAND侧重材料化学计算,例如吸附化学键键能分析、能带与化学键分析等。 BAND 的优势 效率:三维小体系计算效率较低,三维大体系、二维、一维周期性体系的计算效率比平面波方法高,杂化泛函的计算效率比平面波方方法高的多。 MOF、COF等材料:BAND的基组是STO/NO,而不是平面波,因此真空区域不会显著增加计算量,因此对于Cell体积庞大,真空比例很高的MOF、COF等材料,计算效率远高于平面波方法 超重元素的精确计算:例如铀等元素,现有赝势往往存在精度问题,而BAND不依赖赝势,而是精确的全电子基组 擅长成键分析: 键能分解分析pEDA:将键能拆分为静电作用、泡利排斥、轨道相互作用(即成键时,电子转移带来的能量降低量) 基于pEDA的NOCV:详细展示成键过程中,电子在不同晶体轨道中的转移情况,例如表面吸附时,小分子与晶体表面之间的电子转移情况 从化学键角度分析能带的COOP方法基于原子轨道基组,优于基于平面波基组的COHP方法 化学相关功能非常丰富、易用: 过渡态搜索,采用NEB结合精确优化,大大提高过渡态计算的效率和精度 PES Exploration:表面吸附位点、表面化学反应机理自动探索 AIMD包含多种加速反应的方法 巨正则系综蒙特卡洛模拟 支持Win、Linux、MacOS系统 BAND 主要功能列表 周期性边界条件: 三维(体材料) 二维(材料表面) 一维(聚合物、纳米管线等) 0维(分子)周期性体系 相对论与重元素: 标量相对论 自旋轨道耦合 全电子基组、冻心基组 支持元素周期表所有元素,不依赖赝势 泛函: 各种常见GGA与meta-GGA泛函,如r2SCAN、极高效准确带隙的TASKxc、TASKCC等 适用于吸附与氢键问题的色散修正泛函,如:-D3(BJ)、-D4(EEQ) 杂化泛函HSE03、HSE06 丰富的libxc泛函库 DFT-1/2方法得到更好的带隙、Hubbard U 完全未屏蔽的杂化泛函 PBE0, B3PW92 等,用于能带计算  Libxc 7.0.0, LAK metaGGA,更精确的能量与带隙计算 改进D3、D4色散修正,使其对锕系元素也可用 基组:NTO/STO、纯STO基组、GTO基组 外场与特殊模型: 均匀静磁场 均匀静电场 外压强与应力 虚晶近似:允许某些原子位以一定比例掺杂 物理性质: 能带结构与态密度、pDOS、LDOS、有效质量、费米能级、费米面 形成因子、结合能XPS 动态极化率、介电函数 […]

ADF-分子与团簇的DFT计算

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概述 ADF 是世界上最早的 DFT 计算软件,计算功能非常完善、全面,建模、分析用户界面对初学者非常友好,节点内、跨节点并行计算效率非常高效。 一般功能:电子与结构、谱学与非线性光学性质、化学反应、热力学性质、溶剂化效应等,并包括高精度GW方法精确计算分子解离能与亲和势。 光学材料:零场劈裂、激发态辐射速率与寿命、系间窜跃、自旋轨道耦合,高精度GW方法精确计算ΔES-T。为OLED器件模拟软件Bumblebee提供原子层级模拟数据输入,辅助OLED器件模拟。 重元素与配合物:重元素体系研究必备工具,包含高精度相对论方法ZORA、X2C,完善的轨道成分分析、以及最流行的化学键分析方法EDA-NOCV、IQA等。 优势 效率优势: 支持节点内、跨节点高效并行计算,对较大体系,千核并行也能达到非常高加速比 支持大体系计算,例如大体系吸收光谱 普通工作站,甚至台式机就可以计算几百原子的规模的TDDFT性质 方法优势: 高精度相对论方法:涵盖元素周期表 擅长过渡金属、重元素体系:配合物成键分析、自旋轨道耦合效应引发磷光与系间窜跃 泛函更新换代迅速:及时引入最新的重要泛函 高精度 STO 基组:对于重元素的电子轨道计算,其他基组很容易出现定性错误(例如锕系元素体系轨道组分不正确),ADF 可靠性久经考验 QM/MM与多尺度方法 功能列表 分子轨道与能级分析 分子轨道MO投影到碎片轨道SFO、SFO可视化 基于片段轨道的CDFT:能够有效将电荷局限到体系的某个局部,并支持此类体系的分子轨道计算、能级计算、EDA 分析、ETS-NOCV 分析、转移积分计算等 分子能级与片段能级之间的关系 键合分析 键级与键能计算、能量分解EDA、电荷分解CDA、化学价自然轨道ETS-NOCV(能量贡献T/V分析)、原子间键能计算方法IQA、df轨道在配合物中的分裂 NBO 通过Laplacian电子密度与键关键点区分化学键类型、DORI 金属与配体间电子轨道的相互作用,以及电子转移 化学反应 分子结构预测与筛选 过渡态搜索、活化能、内反应坐标IRC、部分原子的频率及其相关Gibbs自由能 人工智能:自动探索模拟表面化学反应机理、表面吸附位点探索、根据反应物结构自动预测化学反应网络 最新2018版FuKui函数、亲核性与亲电性 氧化还原电位计算、氧化还原Gibbs自由能变化 激发态化学反应 激发态计算 紫外可见吸收谱(非相对论方法、相对论动能修正、考虑自旋轨道耦合) 自旋翻转跃迁 ROKS-TDA 限制性开壳层的激发态计算 X射线吸收(XANES、EXAFS、XPS) 激发态辐射跃迁寿命,荧光发射谱 解析梯度的TDDFT+TB优化激发态结构 开壳层大体系杂化泛函计算激发态加速近似HDA 考虑自旋轨道耦合的情况下计算ECD谱 POLTDDFT方法快速计算Au、Ag团簇吸附小分子体系紫外可见吸收谱 QMMM、多尺度方法计算紫外可见吸收谱、COSMO溶剂化的TDDFT 配体场DFT(LFDFT)对 d → d和f […]

QuantumATK:纳米材料与电子器件模拟平台

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        QuantumATK是由丹麦公司 Synopsys QuantumWise 开发的纳米材料与电子器件模拟平台。QuantumATK 是从第一个模拟电子器件输运性质的商用软件 TRANSIESTA-C 发展而来,现已集成了密度泛函、半经验、经典力场等计算方法,可以用来进行多尺度的分子体系、块体材料体系和双端电极器件的高精度计算。       Virtual NanoLab(VNL)是与 QuantumATK 的配合使用的图形用户界面,可以方便快速的构建结构模型,设置计算脚本,提交并管理计算。VNL的结果分析功能可以生成各种高质量的二维、三维结构和数据图,使您的报告和文章更加引人入胜。       QuantumATK和 VNL 都是基于 Python 模块 NanoLanguage 开发,继承了 Python 语言强大的可扩展性,用户可以自己定制计算、分析脚本,甚至设计新的建模工具。

VNL:QuantumATK的图形界面

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Virtual NanoLab是QuantumATK的图形界面,VNL可以: 创建复杂的原子级结构模型,例如纳米管、石墨烯带、器件、晶体、表面、界面等 生成QuantumATK或其他代码的输入脚本 提交计算 后处理和作图 将数据按照项目组织 VNL主窗口可以浏览计算项目,包括集成的文件浏览,可以直接查看QuantumATK创建的NetCDF中数据用于作图和导出。 要体验更多VNL的详细功能,可以参考VNL教程。   3D Viewer 三维显示几何结构和结果数据 使用高性能OpenGL引擎渲染原子、键和数据 绘制等值面图和Contour平面图 实时调整绘图性质 多种可选色条(与Matlab类似) 自定义原子颜色、半径、透明度等 正交或透射三维图 高级照明控制 动画显示轨迹 导出PNG、BMP、JPG等各种图像格式 这里提到的许多功能也可以在QuantumATK其他三维显示工具中使用 Builder 从零开始构建分子、周期性结构、输运体系,或者直接从文件或其他工具(数据库或自定义的建模工具)导入结构进行编辑修改 在原子列表中用分数坐标或直角坐标直接编辑原子位置 用格矢或布拉维格子直接定义晶胞 进行平移、旋转、镜像等各种操作(既可以移动又可以复制原子) 切割晶体得到指定晶面 Z-矩阵编辑器,进行高级操作 根据构建好的中央散射区结构自动生成双电极器件模型 Script Generator 通过图形界面方便的设置整个输运或电子态计算模型 将各种不同的步骤组合起来,定义整个计算流程(比如先定义计算方法,然后进行结构优化,再计算能带结构等) 导出的脚本可以直接在本地或远程计算机上提交计算 可以作为计算脚本模板使用,进行后续修改 Custom Builder 自定义建模工具 用Python脚本自定义建模工具,可以在调整结构参数的同时实时显示结构的变化 含自带的建模工具 纳米管(任意元素和手性) 石墨烯纳米带和二维石墨烯层 分子导电结(任意立方金属的表面、任意hkl指数、表面上排列任意分子) 纳米线和金属单原子线 磁性隧道结(Fe/MgO/Fe类型) 金属纳米团簇(Wulff construction) Custom Analyzer 用于数据分析的插件工具 创建用于分析QuantumATK计算结果数据和二维作图的自定义脚本 自带的工具 I-V曲线与电导作图,同时显示不同电压下的透射谱 […]

 
  • Janus MoSi2N2P2 单层在纳米器件和光电晶体管中的应用研究背景 二维 MA2Z4 材料因具有优异的热稳定性、力学稳定性、可调电子结构和较高载流子迁移率,已成为低维电子学和光电子学中的重要候选体系。Janus 结构通过在材料上下表面引入不同原子层,打破面外对称性,为调控能带、极化、输运和光响应提供了新的自由度。此前 Janus MoSi2N2P2 的稳定性和光学性质已有理论预测,但其电子输运、场效应调控和光电响应等器件行为仍需进一步阐明。 研究内容 该研究首先构建了 α1 和 α2 相的 MoSi2N2P2、Mo(SiNP)2-A 和 [...]
  • QuantumATK 低维电子材料与器件合集(八)Cs3Cu2I5 中双功能氨基酸的烷基链工程实现优异的光电性能 无铅的 Cs3Cu2I5 钙钛矿具有低维结构和自捕获激子发射的特点,在可持续光电子学方面具有重要的前景。虽然机械球磨有环境友好和可扩展的优势,但合成 Cs3Cu2I5 的光电性能往往受到铣削过程中引起的晶格畸变、表面缺陷和颗粒团聚的限制。为了克服这些挑战,通过理论计算和实验验证相结合的方法,提出一种基于氨基酸的烷基链工程钝化策略。密度泛函理论表明,多功能氨基酸和烷基链协同钝化了 Cs3Cu2I5 表面缺乏配位的 Cu+ 和易于产生深层次缺陷的碘空位。有趣的是,延长的烷基链显著增强了改性效果。随后的实验和计算进一步证实,较长的烷基链通过氢键网络、位阻和内部电场与多个官能团相互作用,有效增强了光致发光、延长载流子寿命、抑制聚集、提高晶粒致密性。值得强调的是,5 – AVA 修饰的 Cs3Cu2I5 获得 75.6% 的 PLQY(增强 56.8%),延长了 12.6% 的载流子寿命,并显著增强紫外区光响应。此外,用这种分子工程绿色钙钛矿制作的光电探测器在 PDRC 和开关比方面分别提高了近 4 倍和 171%。这种理论指导的烷基链工程分子协同多官能团钝化策略为绿色合成光电性能优越、环保无铅的铜基钙钛矿建立了强大的框架。(Journal of Materials Chemistry C 2025 46: 23134-23148. [...]
  • 对称性感知生成发现新型反铁磁材料研究背景 自旋电子学通过利用电子自旋而不仅是电荷来存储和处理信息。当前磁随机存储器等器件大多依赖铁磁体的宏观磁矩进行读写,但铁磁体容易受到外部磁场干扰,并会产生杂散场,限制器件高密度集成。反铁磁体(AFMs)中相邻自旋反向排列,净磁矩为零,因此天然具备抗磁场干扰、低杂散场和太赫兹尺度超快磁动力学等优势。 然而,判定一个材料是否具有反铁磁基态,并非仅由化学组成决定。在高对称性的磁性晶体结构中,位于不同空间格点的磁性原子,其自旋构型可能更容易满足空间反演和时间反演的联合对称性。这种对称性将导致自旋向上与自旋向下的能带完全简并,从而形成反铁磁序。因此,反铁磁材料的发现本质上是一个多维度问题,需要同时兼顾化学空间的广度、几何结构的合理性以及晶体对称性等多重约束。 近年来,深度生成模型在晶体逆向设计中展现出巨大潜力1-4。但现有生成模型普遍缺乏对晶体对称性的显式编码,导致其生成高对称结构的效率偏低3 4,往往更倾向于产生低对称性乃至 P1 空间群的结构,难以系统地探索反铁磁材料更可能涌现的高对称空间。 研究内容 杭州电子科技大学张正明副教授等人提出了一种名为SG‑CDVAE的生成框架。他们将晶体对称性这一关键物理信息嵌入到生成模型架构中,从而实现对高对称反铁磁材料的定向设计。SG-CDVAE 以 [...]
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