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adf:chargepartition

这是本文档旧的修订版!


如何强制体系的某个区域带电

对于某些特殊问题,我们希望人为地干预电荷分布,例如水分子解离为<chem>H+</chem>和<chem>OH-</chem>。使用DFT方法,自然地拉开H与OH的距离,我们期待解离的H原子上面没有电子,但随着拉伸的距离增大,H原子上,始终会出现电子。对于大的离子体系也是如此,有时候我们希望正负离子带有我们指定的电荷。常规的DFT计算,一般而言并不能达到这样的结果。

本例较为极端,但实际上对于两个片段互相靠近的情况,都存在本例中的问题,也就是电子分布是不合理的,尤其是HOMO、LUMO轨道的空间分布,往往是不正确的。明明知道某个分子轨道应该处于某个片段上,但一般的DFT计算,经常得到分子轨道分布在两个片段上。

这种情况下,我们可以使用ADF中的FDE方法来实现。此处我们用H-OH来作为示范的例子,其他大的分子体系,计算流程是一样的。

1,对一个<chem>H+</chem>进行一次计算(此处泛函、基组均不起作用,因为没有电子,但其他的大分子的情况,则需要统一指定泛函、基组等),任务名此处定为H+.adf:

注意,Integration那一项,在新版本(2014版)中,增加了Spline Zlm fit选项。这个选项是新版本的默认方法,但对于本文的FDE功能,则应该取消,即:该选项选 None (use STO fit)。后面的几个ADFinput文件,也应该这样设置。

这一步计算得到H+.t21文件,保留此文件,下一步计算会使用;

2,计算质子逐步远离分子,例如该质子离羟基3.96埃的轨道与能量:

将质子和剩余部分分成两个区域(如图所示,表示为红色和绿色)——使用ADF的分区功能:

将质子设置为FDE区域(点击下图中+,然后选择H_作为FDE区域,也就是将要限制H的带电量保持不变,勾选relax表示允许两个片段的电子进行弛豫,达到平衡):

注意:被设置为FDE区域的(本例中为<chem>H+</chem>),是被当做“环境”来处理的,另外的那个区域,才是真正关心的区域,计算结果也是关于这个区域的。从后面的电子轨道,例如HOMO、LUMO轨道来看,完全就是该区域的电子。结果中不会保护FDE区域的电子。

同时使用上一步中得到的<chem>H+</chem>的t21文件,如下图所示,分别在片段设置中设置两个片段的带电情况,并将“使用片段”的选项打钩,表示启用片段功能:

保存,并运行。其中保存的时候,弹出H+片段的结果是否覆盖,选No,运行;

3,结果查看: 在SCM LOGO > View窗口查看Mulliken电荷(注意此处<chem>H+</chem>上标记的Mulliken电荷为0,真正的电荷要加上FDE区本身的的电荷量+1):

显示这样的计算结果,所有的电子确实分布在羟基上,质子上没有电子; 分别显示所有的电子轨道:

分别在orbitals(occupied)选中各个轨道,进而分别显示这些轨道,发现所有的电子轨道都分布在羟基上:

显示总的电子密度空间分布,也可以看见所有电子都分布在<chem>OH-</chem>上面:

到此完成。

ADF软件提供免费试用(一般为一个月),试用申请方式参见费米科技维基百科:AMS免费试用

adf/chargepartition.1492094673.txt.gz · 最后更改: 2017/04/13 22:44 由 liu.jun

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