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adf:3d-rism

如何使用高阶的溶剂化功能3D-RISM

本文内容主要参考、翻译自英文手册:https://www.scm.com/doc/ADF/Input/3D-RISM.html

背景知识:

与COSMO、SCRF等溶剂化模型相比,3D-RISM溶剂化模型,对溶剂、溶质、二者的相互作用考虑的更细致。例如COSMO溶剂化将溶剂简单地考虑成一个连续的介质(所以要求输入溶剂的介电常数,当然ADF中已经内置了常用的几十种溶剂的介电常数等参数),完全不考虑溶剂分子的内部微观结构。溶剂对溶质分子的作用,为一个宏观的“场”的作用。

3D-RISM更细致的考虑了溶剂分子,到微观原子层面(还未到电子的层面)。因此考虑了溶剂分子中的原子与溶质分子中的原子的相互作用被考虑到了(当然精度如何就不一定了)。而如何考虑溶质与溶剂之间原子的相互作用,则借用了Lennard-Jones力场的作用模型。因此下面可以看到,要输入大量关于原子的来自Lennard-Jones力场的参数。

由于参数太多,所以目前没有将其图形化。必须手动修改参数(具体见下面的介绍)。因此这个功能属于专家级功能。

可以用于溶质分子的电子结构计算、过渡态搜索、频率计算等等。

使用方法:

如下以乙醇分子在水溶液中为例演示。

第一步:常规参数设置,参考单点计算、计算HOMO、LUMO、离子势IP、亲和能EA

第二步:3D-RISM相关的设置:

1)需要将密度拟合从默认的Zlm方法改为STO拟合:

2)设置溶剂

Input - Details - UserInput,输入如下格式的内容:

RISM title
  RISM1D
    FLUIDPARAM temper=298. DielConst=78.497 UTotDens=1/A3 0.03333
  SUBEND
  SOLVENT ArbitrarySolventName
    UNITS uWeight=g/mol  ULJsize=A  ULJenergy=kcal/mol Ucoord=A Udens=1/A3
    PARAMETERS Weight NAtomTypes
      N1    Z_alpha1   Sigma_alpha1   Eps_alpha1   X1_1 Y1_1 Z1_1
                                                   X1_2 Y1_2 Z1_2
                                                   ...  ...  ...
      N2    Z_alpha2   Sigma_alpha2   Eps_alpha2   X2_1 Y2_1 Z2_1
                                                   X2_2 Y2_2 Z2_2
                                                   ...  ...  ...
      ...
      DENSPE=density
  SUBEND
  SOLUTE ArbitrarySoluteName
    BOXSIZE   sizeX  sizeY  sizeZ
    BOXGRID    npX    npY    npZ
  SUBEND
END

以水溶液为例:

SOLVENT water
  UNITS      uWeight=g/mol  ULJsize=A  ULJenergy=kcal/mol Ucoord=A Udens=1/A3
  PARAMETERS Weight=18.015   nAtoms=2
    1    -0.8476   3.166    0.1554       0.000000  0.00000  0.000000
    2     0.4238   1.000    0.0460      -0.816490  0.00000  0.577359
                                         0.816490  0.00000  0.577359
  DENSPE=0.03333
SUBEND

参数说明如下:

  • temper设定温度
  • DielConst为溶剂的介电常数
  • UTotDens=1/A3后面的数字是设置溶剂的密度,单位为$Å^{-3}$
  • Weight等号后面填入为溶剂的分子量,替换上文中的单位符号其他类似
  • NAtomTypes溶剂分子包括几种原子
  • DENSPE仍然是溶剂的密度
  • BOXSIZE装下溶质分子的一个盒子,尺寸单位为Å
  • BOXSIZE将盒子划分为细微的格点,格点越细越精确
  1 -0.8476 3.166 0.1554 0.000000 0.00000 0.000000
  2 0.4238 1.000 0.0460 -0.816490 0.00000 0.577359
                         0.816490 0.00000 0.577359

1是原子(或官能团)的序号;

-0.8476是在溶剂分子中,该原子的点位电荷(site charge),这个值可以查表(见https://www.scm.com/doc/ADF/Input/3D-RISM.html附录的参数)或者通过计算得到;

3.166和0.1554是所谓的σα和εα。溶剂分子中,每个原子这两个值可以在Lennard-Jones力场参数集中查到;

后面的三个数字是该原子的xyz坐标。对此处而言,也就是需要创建一个水分子,将其xyz坐标列出来。此处的坐标与溶质分子没有关系。可以是在任意坐标系下,或者说坐标原点可以随意设置。

2 0.4238 1.000 0.0460 -0.816490 0.00000 0.577359
                       0.816490 0.00000 0.577359

这是H原子的,因为这个类别,有两个原子,所以前面的参数列了一遍,后面的坐标,列了两行,分别对应两个原子。

3)设置溶质:

上面的设置完成之后,保存任务(File-Save as),会产生一个*.run文件。

此处对溶质分子设置SigU、EpsU,仍然不能在图形界面里面设置,需要在*.run文件里面修改(可以在ADFjobs窗口,):

格式如下:

ATOMS
  C     0.00    0.00    0.00     SigU=3.50    EpsU=0.066
  ...
END

设置完毕,运行计算即可。

adf/3d-rism.txt · 最后更改: 2019/12/07 13:28 由 liu.jun

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