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【求助】基組重疊誤差分析 已有1人參與
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| 請問在Dmol3下,怎樣進(jìn)行基組重疊誤差分析,應(yīng)該怎樣操作。我在網(wǎng)上找到了一些用高斯做基組重疊誤差分析的有點(diǎn)不太明白在Dmol下應(yīng)該怎么做。 |
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我在網(wǎng)上找到了高斯做基組重疊誤差分析的方法,不過在dmol下怎么做就不知道了。懇請達(dá)人解惑。 計(jì)算A、B分子間的弱相互作用能,不能簡單地通過E_interaction = E_AB - E_A - E_B來計(jì)算,因?yàn)镋_AB能量相對于E_A + E_B的降低來自兩方面,一方面是真實(shí)的A、B分子間的相互作用能,這是我們要求的;另一方面來自于A、B分子的基函數(shù)在復(fù)合物體系中重疊,相當(dāng)于增大了復(fù)合物的基組而使E_AB能量降低,這個部分貢獻(xiàn)如果也摻入E_interaction,則高估了相互作用能(即實(shí)際上結(jié)合能沒有那么負(fù)),所以要去掉,它稱為Basis Set Superposition Error(BSSE)。所以雙分子的相互作用能應(yīng)該表述為E_interaction = E_AB - E_A - E_B + E_BSSE。對于弱相互作用,E_BSSE所占E_interaction的比例往往不小,甚至超過它,如果不進(jìn)行校正,可能正負(fù)號都不對。E_BSSE會隨基組趨于完備而逐漸減小。 計(jì)算E_BSSE有多種方法,Gaussian03用的是目前使用最廣泛的Boys和Bernardi發(fā)展的counterpoise correction方法,應(yīng)注意這種方法計(jì)算出來的只是實(shí)際E_BSSE的近似,并非完全精確。設(shè)E(i)為第i個分子在自身基組下的能量,E(i)'為第i個分子在全部n個分子上的基函數(shù)都出現(xiàn)下的能量,則計(jì)算n個分子相互作用能中的E_BSSE = ∑( E(i) - E(i)' ),E_BSSE必為正值。注意計(jì)算E(i)與E(i)'時的分子幾何結(jié)構(gòu)與處在復(fù)合物中時的一致。 要計(jì)算A、B兩個分子的相互作用能,在Gaussian03中使用counterpoise=2關(guān)鍵字(可簡寫為counter=2),會計(jì)算5個體系,輸出的能量按照如下順序: E_AB:A、B基組下AB復(fù)合物的能量 E_A,bAB:A、B基組下A的能量 E_B,bAB:A、B基組下B的能量 E_A:A基組下A的能量 E_B:B基組下B的能量 最后會輸出corrected energy (E_corrected)和BSSE energy (E_BSSE)。E_BSSE是校正能,E_BSSE = (E_A - E_A,bAB) + (E_B - E_B,bAB) ;E_corrected就是消除了因單體基組重疊造成的能量降低后的AB復(fù)合物能量,E_corrected = E_AB + E_BSSE。 BSSE校正后的真實(shí)的相互作用能可以這樣計(jì)算:E_interaction = E_corrected - (E_A + E_B)。也可以這樣計(jì)算,是等價的:E_interaction = E_AB - E_A,bAB - E_B,bAB。 計(jì)算過程中會輸出類似這樣的語句Counterpoise: doing DCBS calculation for fragment 1。這里就是說明接下來計(jì)算的是E_A,bAB(假設(shè)A分子為fragment 1),其中DCBS代表dimer centered basis set,說明以A、B分子為中心的基函數(shù)都出現(xiàn),但是計(jì)算中并不納入B的電子和原子核,這稱為計(jì)算A的能量時添加了B的ghost軌道;如果是doing MCBS calculation for fragment 1,就是要計(jì)算E_A,MCBS代表monomer centered basis set,計(jì)算中只出現(xiàn)屬于A分子的基函數(shù)。 若計(jì)算n個分子間的BSSE,則關(guān)鍵字為counterpoise=n,結(jié)果輸出順序與計(jì)算相互作用能的方法與雙分子的情況是一樣的。能量按如下順序輸出:E_AB,E(1)',E(2)'...E(n)',E(1),E(2)...E(n)。E_BSSE = E(1) - E(1)' + E(2) - E(2)' + ... + E(n) - E(n)'。E_corrected = E_complex + E_BSSE。E_interaction = E_corrected - ( E(1) + E(2) + ... + E(n) )。計(jì)算過程中也用DCBS和MCBS來說明接下來將要計(jì)算的是哪項(xiàng),但此時DCBS中的D的含義就不是具體指Dimer了,而是多分子復(fù)合物。 在分子內(nèi)相互作用能計(jì)算時一般也要考慮BSSE,比如一條長鏈分子,計(jì)算一字形和字母C形的能量差就不能忽略這個問題。但由于兩個片段屬于同一個分子,需要特殊處理,而不能直接用上述方法。比如可以將分子人為地切成兩段,懸鍵用比如H來封閉,然后適當(dāng)調(diào)整兩個片段,即讓切斷的部位離得遠(yuǎn)一些(否則這部分也會對BSSE產(chǎn)生貢獻(xiàn)),可能造成BSSE的部位相對位置保持不變,然后將兩個片段當(dāng)成兩個分子來同上獲得BSSE。 如果有特殊原因,需要手動進(jìn)行上述BSSE計(jì)算的每步操作而不直接用高斯提供的Counterpoise,可通過設(shè)定Ghost原子來實(shí)現(xiàn),事實(shí)上這也是老版本不支持Counterpoise任務(wù)的高斯獲得BSSE所必需的。只要把某個原子名后面加上-Bq就說明它是Ghost原子,如Na-Bq。Ghost原子也就是指這個原子照常有基函數(shù),但是沒有原子核和電子。這樣靠每次手工修改輸入文件分別得到E_AB、E_A,bAB、E_B,bAB、E_A、E_B也就能算得E_BSSE,顯然沒直接用Counterpoise關(guān)鍵詞省事。 實(shí)際上無論計(jì)算何種分子,BSSE總是存在的,但常被忽略,尤其是分子內(nèi)BSSE。計(jì)算柔性分子構(gòu)象能量差人們往往還會注意這一點(diǎn),但計(jì)算普通小分子時很多人會認(rèn)為沒有BSSE,實(shí)際上此時也存在著BSSE。如計(jì)算乙醇和它的同分異構(gòu)體二甲基醚,都存在分子內(nèi)BSSE,并且數(shù)值不一樣?梢钥疾炱渲械难踉樱谝掖贾兴B著一個C一個H,而二甲基醚中連著兩個C,其它原子帶來的BSSE顯然是不一樣的,這會影響到兩種異構(gòu)體的相對能量差,盡管微小到被忽略也無妨。哪怕對于乙醇和乙烷的甲基碳,雖然都是連著三個H和一個C,但是鍵長是有略微差別的,BSSE仍存在極微小的差異。再比如計(jì)算乙烷交錯式與重疊式的能量差,顯然兩種構(gòu)象BSSE也是不同的。有時這不再是個小問題,例如2006年報道的用MP2等后HF方法結(jié)合一些pople基組,優(yōu)化出的苯環(huán)結(jié)構(gòu)是略微彎曲的,顯然不對,經(jīng)過分子內(nèi)BSSE校正后避免了這個問題。 分子內(nèi)BSSE校正的方法不如分子間校正的方法廣泛、成熟,雖然按上述方法切割成分子片段(比如把苯環(huán)切成一堆C-H)是可行的,但是如何切割過于任意,操作也麻煩,不易普適化。有人提出了atomic counterpoise(ACP)方法,將體系的總BSSE由每個原子的BSSE加和得到,即E_BSSE=∑[A]E_A,bA-E_A,bS,其中E_A,bA是A原子孤立存在時的能量,E_A,bS是A原子在周圍Ghost原子基組下的能量。顯然不可能計(jì)算每個原子的BSSE時都要帶著全部其它原子的軌道,這樣太慢,實(shí)際計(jì)算E_A,bS時可以只讓A原子附近7埃以內(nèi)的其它Ghost原子的軌道出現(xiàn),再靠外的原子的軌道由于伸展不到A所以不用考慮,這樣效率是比較高的。 |
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