中科大MaterialsStudio培訓(xùn)教程課件

反應(yīng)物產(chǎn)物過渡態(tài)(能量鞍點(diǎn))反應(yīng)勢壘反應(yīng)能反應(yīng)坐標(biāo)反應(yīng)物產(chǎn)物過渡態(tài)(能量鞍點(diǎn))反應(yīng)勢壘反應(yīng)能反應(yīng)坐標(biāo)1目的:介紹如何使用DMol3和ReactionPreview工具進(jìn)行過渡態(tài)搜索的計(jì)算。對簡單反應(yīng)，這種方法是有效的。

模塊:MaterialsVisualizer,DMol3

前提:用局域內(nèi)坐標(biāo)對固體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。用LST/QST搜索過渡態(tài)背景對任何反應(yīng)的勢能面的探索都要求知道反應(yīng)進(jìn)程中每一步的結(jié)構(gòu)和能量，或者動力學(xué)和熱動力學(xué)的快照(snapshots)。特別重要的是決定反應(yīng)速率的那一步，這通常需要找到那些難以捕獲的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)。有一些方法對找到過渡態(tài)的結(jié)構(gòu)是很有效果的，其中比較知名的就是線性同步度越(linearsynchronoustransit,LST)和二次同步度越(quadraticsynchronoustransit,QST)。本例中，我們將介紹DMol中的LST/QST工具的使用，將會看到如何使用LST/QST搜索乙烯醇轉(zhuǎn)變?yōu)橐胰┑腍轉(zhuǎn)移反應(yīng)的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)。CH2CHOH→CH3CHO本例包括以下內(nèi)容：1.建立一個計(jì)算模型2.優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)3.定義原子對4.用LST/QST的方法計(jì)算過渡態(tài)5.優(yōu)化過渡態(tài)結(jié)構(gòu)目的:介紹如何使用DMol3和ReactionPr21.建立一個計(jì)算模型選擇creatinganewproject，建立名為vinylOH的project。在本單元中，你要在兩個不同的3DAtomistic界面中建立反應(yīng)物和產(chǎn)物模型。第一步就是打開一個新的3DAtomistic界面，構(gòu)建反應(yīng)物乙烯醇(vinylalcohol)。點(diǎn)擊工具欄里的Newbutton，選擇3DAtomistic。在Sketch工具條上，點(diǎn)擊SketchAtom按鈕。將鼠標(biāo)移至3DAtomistic界面，連續(xù)點(diǎn)擊三次鼠標(biāo)，畫三個連接的碳原子。按一下鍵盤上的ESC鍵。1.建立一個計(jì)算模型在本單元中，你要在兩個不同3改為球棍顯示在3DAtomistic上，點(diǎn)擊選擇第三個C原子。點(diǎn)擊ModifyElement按鈕上的選擇箭頭，選擇氧元素。剛才被選的原子由碳原子變成了氧原子。點(diǎn)擊碳-碳鍵一次，選中。點(diǎn)擊Sketch工具條上的ModifyBondType鍵，選擇雙鍵，從而把單鍵變成雙鍵。點(diǎn)擊別處，取消選擇碳-碳鍵。改為球棍顯示在3DAtomistic上，點(diǎn)擊選擇第三個C4按下AdjustHydrogen按鈕，點(diǎn)擊一次Clean按鈕，拖動結(jié)構(gòu)模型，使得和下圖相似，以球棍模型顯示。在Project瀏覽器內(nèi)，右擊3DAtomistic.xsd，選擇Rename，將其重新命名為reactant.xsd。在3DViewer上選擇Selection按鈕，雙擊乙烯醇結(jié)構(gòu)中的任何一個原子。這樣乙烯醇的每一個原子都被選上，顏色顯示為黃色。按下AdjustHydrogen按鈕，5*在這個新的3D界面文件中，點(diǎn)擊O-H鍵。按下鍵盤上的DELETE鍵。點(diǎn)擊SketchAtom按鈕，然后是孤立的H原子，以及亞甲基團(tuán)中的C原子。如果畫分子有問題，則刪除3DAtomistic.xsd上的原子，再進(jìn)行CTRL+C、CTRL+V。*在鍵盤上按下CTRL+C。選中的結(jié)構(gòu)文件被復(fù)制到了剪貼板。*用File/New…打開一個新的3DAtomistic文件，按下鍵盤上的CTRL+V。*結(jié)構(gòu)模型被粘貼到剛剛新打開的3D界面上?，F(xiàn)在需要改變化學(xué)鍵和對原子重新排布以得到產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。*在這個新的3D界面文件中，點(diǎn)擊O-H鍵。按下鍵盤上的6點(diǎn)擊一次Clean按鈕?，F(xiàn)在結(jié)構(gòu)就和下面的看上去相似了。點(diǎn)擊一次C-O鍵，由單鍵改為雙鍵。連續(xù)雙擊C-C鍵，C-C鍵就會由雙鍵變?yōu)槿I，然后又變成單鍵。點(diǎn)擊一次Clean按鈕。點(diǎn)擊一次C-O7現(xiàn)在需要把該結(jié)構(gòu)的文件名改為product.xsd。右擊工作瀏覽器Project內(nèi)的3DAtomistic.xsd，將其名稱改為product.xsd，回車。2.優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)為了優(yōu)化LST/QST的計(jì)算性能，需要對反應(yīng)物和產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。這個工作可以通過DMol3的幾何優(yōu)化功能來完成。點(diǎn)擊別處，取消選擇結(jié)構(gòu)。按下工具條上的DMol3按鈕，然后選擇下拉條中的Calculation。DMol3的計(jì)算對話框顯示出來。將Task由Energy改為GeometryOptimization。確認(rèn)Quality設(shè)為Medium。將泛函改為GGA\BP。現(xiàn)在需要把該結(jié)構(gòu)的文件名改為product.xsd。右擊工作8剛才指定了使用的Hamiltonian和計(jì)算的精度。精度決定了使用的基組(basisset)和軌道的截斷cutoff。這里基組為DND?？梢栽贓lectronic欄里檢查這些參數(shù)的設(shè)置。現(xiàn)在需要應(yīng)用電子分布熱平滑thermalsmearing來加快結(jié)構(gòu)優(yōu)化的收斂。點(diǎn)擊Electronic標(biāo)簽。檢查SCF是不是設(shè)為Medium。按下More…按鈕，顯示了DMol3的Electronic選項(xiàng)對話框。在SCF標(biāo)簽欄里，勾選上Usingsmearing選項(xiàng)。關(guān)閉DMol3Electronic選項(xiàng)對話框。剛才指定了使用的Hamiltonian和計(jì)算9

現(xiàn)在準(zhǔn)備開始計(jì)算了。讓reactant.xsd成為當(dāng)前工作文件。點(diǎn)擊JobControl標(biāo)簽。按下More…按鈕，顯示了DMol3的工作控制選項(xiàng)對話框。確認(rèn)Updatestructure，Updategraphs和Updatetextualresults三項(xiàng)被勾選上。關(guān)閉JobControl選項(xiàng)對話框，點(diǎn)擊Run按鈕。現(xiàn)在準(zhǔn)備開始計(jì)算了。10當(dāng)?shù)谝粋€計(jì)算結(jié)束后，對product.xsd重復(fù)剛才的操作。把當(dāng)前工作文件換為product.xsd，點(diǎn)擊DMol3計(jì)算對話框上的Run按鈕。計(jì)算過程中，計(jì)算的進(jìn)程用圖表和文本文件的形式展現(xiàn)出來。

當(dāng)兩個計(jì)算都完成的時候，兩個新的文件夾出現(xiàn)在工作瀏覽器中，分別叫做reactantDMol3GeomOpt和productDMol3GeomOpt。最后的優(yōu)化結(jié)構(gòu)包含在reactant.xsd和product.xsd文件中，計(jì)算的輸出結(jié)果在reactant.outmol和product.outmol文件中。幾何優(yōu)化文件夾包含了.xtd文件，這是能量最小化過程中的軌跡文件，可以顯示幾何優(yōu)化過程。下面演示反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程。從reactantEnergies.xcd圖中可以看出，反應(yīng)物經(jīng)過12步才優(yōu)化結(jié)束，我們可以看到每一步結(jié)構(gòu)的變化。當(dāng)?shù)谝粋€計(jì)算結(jié)束后，對product.xsd重復(fù)剛才的操作11在Project中雙擊reactant.xtd文件，動畫顯示工具按鈕Animation激活。如果動畫(Animation)工具條是不可見的，則按右側(cè)的操作，使用觀看(View)菜單讓它顯示。在Project中雙擊reactant.xtd文件，動畫顯示12設(shè)置顯示方式，按播放鍵。B-O近似，體系的電子能量是核構(gòu)型的函數(shù)。設(shè)置顯示方式，按播放鍵。B-O近似，體系的電子能13在繼續(xù)工作之前，需要關(guān)閉MaterialsVisualizer中的所有文件。關(guān)閉DMol3計(jì)算對話框。選擇File\SaveProject，然后Window\CloseAll。雙擊幾何優(yōu)化子文件夾中的reactant.xsd和product.xsd?，F(xiàn)在工作區(qū)域中只有兩個優(yōu)化了的結(jié)構(gòu)。在繼續(xù)工作之前，需要關(guān)閉MaterialsVisualiz143.定義原子對用DMol3進(jìn)行過渡態(tài)搜索，反應(yīng)物和產(chǎn)物的所有原子都必須配對對應(yīng)。這個可以通過使用工具欄里的反應(yīng)預(yù)覽(ReactionPreview)功能來實(shí)現(xiàn)。從菜單條中選擇Window|TileVertically，使反應(yīng)物和產(chǎn)物以肩并肩的形式顯示。3.定義原子對15現(xiàn)在準(zhǔn)備開始對反應(yīng)物和產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中的原子進(jìn)行對應(yīng)配對(物質(zhì)不滅)

從菜單條中選擇Tools|ReactionPreview，打開了反應(yīng)預(yù)覽(ReactionPreview)對話框。從Reactant的下拉樹形圖中的幾何優(yōu)化文件夾中選擇reactant.xsd?，F(xiàn)在準(zhǔn)備開始對反應(yīng)物和產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中的原子進(jìn)行對應(yīng)配對(物質(zhì)不滅16同樣從Product的下拉樹形圖中的幾何優(yōu)化文件夾中選擇product.xsd。按下Match…按鈕。尋找等價原子(FindEquivalentAtoms)對話框顯示出來了，從中可以看到，一個原子(O)匹配了，而仍有六個原子(C、H)沒有匹配。同樣從Product的下拉樹形圖中的幾何優(yōu)化文件夾中選擇p17雙擊反應(yīng)物欄(reactantcolumn)中的2xC。在產(chǎn)物欄里的對應(yīng)的文件夾同時打開了。反應(yīng)物欄包含了1:C和2:C，它們應(yīng)該直接和產(chǎn)物欄里的對應(yīng)物相匹配，以下的步驟將對此加以確認(rèn)。分別點(diǎn)擊反應(yīng)物框里的1:C和產(chǎn)物框里的1:C。兩個對話框里的碳原子被選上，兩個3D文件里的碳原子也同時被選中。雙擊反應(yīng)物欄(reactantcolumn)中的2xC。18認(rèn)為反應(yīng)物和產(chǎn)物里的兩個1:C原子是等價原子，點(diǎn)擊AutoFind。尋找等價原子(FindEquivalentAtoms)算法匹配了2個C和1個H原子。還有3個H原子未匹配。認(rèn)為反應(yīng)物和產(chǎn)物里的兩個1:C原子是等價原子19仍有3個H原子沒有匹配，重復(fù)上面的手動匹配步驟。雙擊反應(yīng)物欄(reactantcolumn)中的3xH。在產(chǎn)物欄里的對應(yīng)的文件夾同時打開了。反應(yīng)物欄包含了4:H、5:H和7:H，分別點(diǎn)擊反應(yīng)物框里的4:H和產(chǎn)物框里的4:H，兩個對話框里的H原子被選上，兩個3D文件里的碳原子也同時被選中。仍有3個H原子沒有匹配，重復(fù)上面的手動匹配步驟。20點(diǎn)擊SetMatch，還剩下5H、7H未匹配。重復(fù)這個過程，繼續(xù)點(diǎn)擊SetMatch來匹配剩下的沒有配對的原子。點(diǎn)擊SetMatch，還剩下5H、7H未匹配。重復(fù)這個過程21反應(yīng)物、產(chǎn)物的原子已配對?，F(xiàn)在可以預(yù)覽一下反應(yīng)物和產(chǎn)物之間原子的匹配情況。點(diǎn)擊反應(yīng)物或者產(chǎn)物欄中列表里的任意一個原子，可以看到匹配的另一原子?？疾炱ヅ淝闆r，直到滿意為止。關(guān)閉FindEquivalentAtoms對話框。反應(yīng)物、產(chǎn)物的原子已配對?，F(xiàn)在可以預(yù)覽一下反應(yīng)22運(yùn)用DMol3的LST/QST功能來搜索過渡態(tài)，需要在反應(yīng)物和產(chǎn)物之間創(chuàng)建一條通道，這也是DMol3計(jì)算時所要求的輸入文件。在反應(yīng)預(yù)覽(ReactionPreview)對話框中，把楨數(shù)提高到100；勾選上Superimposestructures；單擊Preview按鈕，關(guān)閉反應(yīng)預(yù)覽(ReactionPreview)對話框。在幾秒鐘內(nèi)，一個名為reactant-product.xtd的新的3DAtomisticTrajectory文件顯示出來；可以對這個文件進(jìn)行DMol3計(jì)算；可以使用動畫(Animation)工具條來播放軌跡文件。動畫用Bounce模式觀看效果最佳。把化學(xué)鍵監(jiān)測(bondmonitoring)打開，這樣每變化一步，就會對化學(xué)鍵重新計(jì)算。運(yùn)用DMol3的LST/QST功能來搜索過渡23點(diǎn)擊Build|Bonds，打開BondCalculation對話框，勾選上化學(xué)鍵計(jì)算對話框上的Monitorbonding，關(guān)閉對話框。設(shè)置動畫演示方式，按下動畫工具條上的Play按鈕，觀看反應(yīng)物到產(chǎn)物的變化?？赐旰蟀聪耂top按鈕。點(diǎn)擊Build|Bonds，打開Bond24中科大MaterialsStudio培訓(xùn)教程254.使用LST/QST/CG方法計(jì)算過渡態(tài)Note：reactant_product.xtd包含了DMol3需要的重要信息，第一楨是反應(yīng)物的，最后一楨是產(chǎn)物的?，F(xiàn)在準(zhǔn)備設(shè)置使用DMol3計(jì)算過渡態(tài)。從菜單條中選擇Modules|DMol3|Calculation，或使用DMol3圖標(biāo)，DMol3計(jì)算對話框就顯示出來。在設(shè)置(Setup)標(biāo)簽欄里，把Task由幾何優(yōu)化改為TSSearch。確定計(jì)算精度為Medium，泛函為GGA和BP。點(diǎn)擊More…按鈕顯示DMol3過渡態(tài)搜索(DMol3TransitionStateSearch)對話框。確認(rèn)搜索協(xié)議(Searchprotocol)設(shè)置為CompleteLST/QST，精度為Medium。關(guān)閉DMol3TransitionStateSearch對話框。4.使用LST/QST/CG方法計(jì)算過渡態(tài)26電子Hamiltonian的設(shè)置與幾何優(yōu)化計(jì)算的設(shè)置一樣。這次需要計(jì)算頻率(Frequency)相關(guān)的性質(zhì)。點(diǎn)擊Properties標(biāo)簽欄，勾選上Frequency。電子Hamiltonian的設(shè)置與幾何優(yōu)化計(jì)算的設(shè)置一樣。27最后，需要對工作描述(JobDescription)加以設(shè)置。點(diǎn)擊JobControl標(biāo)簽，確認(rèn)Automatic沒有被勾選上；在JobDescription一欄里打上TS。按下Run按鈕。關(guān)閉DMol3Calculation對話框。等待計(jì)算完畢。Note：在計(jì)算期間，數(shù)個不同的文件和一個LST/QST圖顯示在工作區(qū)。它們報告了計(jì)算的狀態(tài)。特別地，通過顯示energyvs.LST、QST和CG(conjugategradient，共軛梯度)這些路徑坐標(biāo)(pathcoordinate)的變化曲線，LST/QST圖監(jiān)測了過渡態(tài)搜索的進(jìn)程。最后，需要對工作描述(JobDescript28可以在TS.outmol文件里看到計(jì)算文本結(jié)果。如果該文件沒有自動顯示出來，雙擊工作瀏覽器內(nèi)的TS.outmol，按下CTRL+F，搜索能量勢壘。由TS.outmol中的數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)能量大約為-15kcalmol-1，反應(yīng)勢壘大約為50kcalmol-1。當(dāng)LST/QST計(jì)算完成，打開TS.xsd文件就可以看到過渡態(tài)。如果文件沒有自動顯示出來，雙工作瀏覽器(ProjectExplorer)內(nèi)的TS.xsd。一個3DAtomistic文件打開了，顯示了使用BP/DNP理論水平計(jì)算得到的該反應(yīng)的過渡態(tài)的結(jié)構(gòu)。可以在TS.outmol文件里看到計(jì)算文本結(jié)29由此圖已經(jīng)可以看出反應(yīng)圖了，橫坐標(biāo)0：反應(yīng)物，1：產(chǎn)物，0.63:一個過渡態(tài)；相應(yīng)的能量在縱坐標(biāo)上。QST的能量最低由此圖已經(jīng)可以看出反應(yīng)圖了，橫坐標(biāo)0：反應(yīng)物，1：產(chǎn)物，0.30在過渡態(tài)，一個虛頻率出現(xiàn)在紅外譜上。這個頻率對應(yīng)于反應(yīng)模式，這個反應(yīng)模式可以用動畫顯示出來。雙擊工作瀏覽器內(nèi)的TS.xsd。從菜單里選擇Tools|VibrationalAnalysis，顯示了振動分析(VibrationalAnalysis)對話框，按下Calculate按鈕。在過渡態(tài)，一個虛頻率出現(xiàn)在紅外譜上。這個頻率對應(yīng)于反應(yīng)模式，31計(jì)算的簡正振動模式出現(xiàn)在對話框上的格子里。有一個虛頻率大約是-2000cm-1。點(diǎn)擊虛頻率，使其變亮。點(diǎn)擊動畫(Animation)按鈕。出現(xiàn)一個新的窗口，顯示虛頻的振動方式?？捎脛赢嫴シ胚x擇（options）來改變演示方式。計(jì)算的簡正振動模式出現(xiàn)在對話框上的格子里。有一32依據(jù)過渡態(tài)理論，虛頻對應(yīng)過渡態(tài)。雙擊－2037.15，可觀察到過渡態(tài)的振動，出現(xiàn)TS-Mode-2036.xtd動畫文件。同樣可以看626頻率的振動。依據(jù)過渡態(tài)理論，虛頻對應(yīng)過渡態(tài)。雙擊－2037.15，可觀察335.精修過渡態(tài)在前一個部分搜索到的過渡態(tài)將在本部分被精修。從菜單中選擇File|SaveProject，然后Window|CloseAll。關(guān)閉VibrationalAnalysis對話框。雙擊TS.xsd。5.精修過渡態(tài)從菜單中選擇File|S34打開DMol3Calculation對話框，在Setup標(biāo)簽欄里，把Task換成TSOptimization。其他的設(shè)置不變，點(diǎn)擊Run。過渡態(tài)優(yōu)化的任務(wù)被啟動。由于LST/QST/CG優(yōu)化后的過渡態(tài)的結(jié)構(gòu)非常接近最后優(yōu)化后的過渡態(tài)，所以計(jì)算任務(wù)在比較短的時間內(nèi)就結(jié)束。打開DMol3Calculation對話框35檢查TS優(yōu)化的.outmol文件，搜尋出最后的總能量Eopt＝-153.759658Ha。檢查TS優(yōu)化的.outmol文件，搜尋出最后的總能量Eop36檢查LST/QST/CG優(yōu)化后的過渡態(tài)的能量，TS.outmol文件顯示·最后的總能量ELST＝-153.7590999Ha。對比ELST、EoptELST＝-153.7590999Ha，Eopt＝-153.759658HaEopt－ELST＝-0.000558Ha＝-0.35kcal/mol(轉(zhuǎn)換因子1hartree=627.51kcal/mol)兩種優(yōu)化的能量的差別只有大約0.35kcal/mol，因此優(yōu)化后的能量勢壘大約是49.83kcal/mol.反應(yīng)物-153.8390666Ha產(chǎn)物-153.8632724Ha過渡態(tài)-153.7590999Ha反應(yīng)勢壘反應(yīng)能反應(yīng)坐標(biāo)檢查LST/QST/CG優(yōu)化后的過渡態(tài)的能量，TS.out37最后，可以觀看反應(yīng)模式的動畫，這對應(yīng)于在第四部分里描述的虛頻率。結(jié)構(gòu)變化很小，幾乎看不出。File|SaveProject，Window|CloseAll。最后，可以觀看反應(yīng)模式的動畫，這對應(yīng)于在第四部分里描述的虛頻38演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！39反應(yīng)物產(chǎn)物過渡態(tài)(能量鞍點(diǎn))反應(yīng)勢壘反應(yīng)能反應(yīng)坐標(biāo)反應(yīng)物產(chǎn)物過渡態(tài)(能量鞍點(diǎn))反應(yīng)勢壘反應(yīng)能反應(yīng)坐標(biāo)40目的:介紹如何使用DMol3和ReactionPreview工具進(jìn)行過渡態(tài)搜索的計(jì)算。對簡單反應(yīng)，這種方法是有效的。

模塊:MaterialsVisualizer,DMol3

前提:用局域內(nèi)坐標(biāo)對固體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。用LST/QST搜索過渡態(tài)背景對任何反應(yīng)的勢能面的探索都要求知道反應(yīng)進(jìn)程中每一步的結(jié)構(gòu)和能量，或者動力學(xué)和熱動力學(xué)的快照(snapshots)。特別重要的是決定反應(yīng)速率的那一步，這通常需要找到那些難以捕獲的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)。有一些方法對找到過渡態(tài)的結(jié)構(gòu)是很有效果的，其中比較知名的就是線性同步度越(linearsynchronoustransit,LST)和二次同步度越(quadraticsynchronoustransit,QST)。本例中，我們將介紹DMol中的LST/QST工具的使用，將會看到如何使用LST/QST搜索乙烯醇轉(zhuǎn)變?yōu)橐胰┑腍轉(zhuǎn)移反應(yīng)的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)。CH2CHOH→CH3CHO本例包括以下內(nèi)容：1.建立一個計(jì)算模型2.優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)3.定義原子對4.用LST/QST的方法計(jì)算過渡態(tài)5.優(yōu)化過渡態(tài)結(jié)構(gòu)目的:介紹如何使用DMol3和ReactionPr411.建立一個計(jì)算模型選擇creatinganewproject，建立名為vinylOH的project。在本單元中，你要在兩個不同的3DAtomistic界面中建立反應(yīng)物和產(chǎn)物模型。第一步就是打開一個新的3DAtomistic界面，構(gòu)建反應(yīng)物乙烯醇(vinylalcohol)。點(diǎn)擊工具欄里的Newbutton，選擇3DAtomistic。在Sketch工具條上，點(diǎn)擊SketchAtom按鈕。將鼠標(biāo)移至3DAtomistic界面，連續(xù)點(diǎn)擊三次鼠標(biāo)，畫三個連接的碳原子。按一下鍵盤上的ESC鍵。1.建立一個計(jì)算模型在本單元中，你要在兩個不同42改為球棍顯示在3DAtomistic上，點(diǎn)擊選擇第三個C原子。點(diǎn)擊ModifyElement按鈕上的選擇箭頭，選擇氧元素。剛才被選的原子由碳原子變成了氧原子。點(diǎn)擊碳-碳鍵一次，選中。點(diǎn)擊Sketch工具條上的ModifyBondType鍵，選擇雙鍵，從而把單鍵變成雙鍵。點(diǎn)擊別處，取消選擇碳-碳鍵。改為球棍顯示在3DAtomistic上，點(diǎn)擊選擇第三個C43按下AdjustHydrogen按鈕，點(diǎn)擊一次Clean按鈕，拖動結(jié)構(gòu)模型，使得和下圖相似，以球棍模型顯示。在Project瀏覽器內(nèi)，右擊3DAtomistic.xsd，選擇Rename，將其重新命名為reactant.xsd。在3DViewer上選擇Selection按鈕，雙擊乙烯醇結(jié)構(gòu)中的任何一個原子。這樣乙烯醇的每一個原子都被選上，顏色顯示為黃色。按下AdjustHydrogen按鈕，44*在這個新的3D界面文件中，點(diǎn)擊O-H鍵。按下鍵盤上的DELETE鍵。點(diǎn)擊SketchAtom按鈕，然后是孤立的H原子，以及亞甲基團(tuán)中的C原子。如果畫分子有問題，則刪除3DAtomistic.xsd上的原子，再進(jìn)行CTRL+C、CTRL+V。*在鍵盤上按下CTRL+C。選中的結(jié)構(gòu)文件被復(fù)制到了剪貼板。*用File/New…打開一個新的3DAtomistic文件，按下鍵盤上的CTRL+V。*結(jié)構(gòu)模型被粘貼到剛剛新打開的3D界面上?，F(xiàn)在需要改變化學(xué)鍵和對原子重新排布以得到產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。*在這個新的3D界面文件中，點(diǎn)擊O-H鍵。按下鍵盤上的45點(diǎn)擊一次Clean按鈕。現(xiàn)在結(jié)構(gòu)就和下面的看上去相似了。點(diǎn)擊一次C-O鍵，由單鍵改為雙鍵。連續(xù)雙擊C-C鍵，C-C鍵就會由雙鍵變?yōu)槿I，然后又變成單鍵。點(diǎn)擊一次Clean按鈕。點(diǎn)擊一次C-O46現(xiàn)在需要把該結(jié)構(gòu)的文件名改為product.xsd。右擊工作瀏覽器Project內(nèi)的3DAtomistic.xsd，將其名稱改為product.xsd，回車。2.優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)為了優(yōu)化LST/QST的計(jì)算性能，需要對反應(yīng)物和產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。這個工作可以通過DMol3的幾何優(yōu)化功能來完成。點(diǎn)擊別處，取消選擇結(jié)構(gòu)。按下工具條上的DMol3按鈕，然后選擇下拉條中的Calculation。DMol3的計(jì)算對話框顯示出來。將Task由Energy改為GeometryOptimization。確認(rèn)Quality設(shè)為Medium。將泛函改為GGA\BP?，F(xiàn)在需要把該結(jié)構(gòu)的文件名改為product.xsd。右擊工作47剛才指定了使用的Hamiltonian和計(jì)算的精度。精度決定了使用的基組(basisset)和軌道的截斷cutoff。這里基組為DND?？梢栽贓lectronic欄里檢查這些參數(shù)的設(shè)置?，F(xiàn)在需要應(yīng)用電子分布熱平滑thermalsmearing來加快結(jié)構(gòu)優(yōu)化的收斂。點(diǎn)擊Electronic標(biāo)簽。檢查SCF是不是設(shè)為Medium。按下More…按鈕，顯示了DMol3的Electronic選項(xiàng)對話框。在SCF標(biāo)簽欄里，勾選上Usingsmearing選項(xiàng)。關(guān)閉DMol3Electronic選項(xiàng)對話框。剛才指定了使用的Hamiltonian和計(jì)算48

現(xiàn)在準(zhǔn)備開始計(jì)算了。讓reactant.xsd成為當(dāng)前工作文件。點(diǎn)擊JobControl標(biāo)簽。按下More…按鈕，顯示了DMol3的工作控制選項(xiàng)對話框。確認(rèn)Updatestructure，Updategraphs和Updatetextualresults三項(xiàng)被勾選上。關(guān)閉JobControl選項(xiàng)對話框，點(diǎn)擊Run按鈕?，F(xiàn)在準(zhǔn)備開始計(jì)算了。49當(dāng)?shù)谝粋€計(jì)算結(jié)束后，對product.xsd重復(fù)剛才的操作。把當(dāng)前工作文件換為product.xsd，點(diǎn)擊DMol3計(jì)算對話框上的Run按鈕。計(jì)算過程中，計(jì)算的進(jìn)程用圖表和文本文件的形式展現(xiàn)出來。

當(dāng)兩個計(jì)算都完成的時候，兩個新的文件夾出現(xiàn)在工作瀏覽器中，分別叫做reactantDMol3GeomOpt和productDMol3GeomOpt。最后的優(yōu)化結(jié)構(gòu)包含在reactant.xsd和product.xsd文件中，計(jì)算的輸出結(jié)果在reactant.outmol和product.outmol文件中。幾何優(yōu)化文件夾包含了.xtd文件，這是能量最小化過程中的軌跡文件，可以顯示幾何優(yōu)化過程。下面演示反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程。從reactantEnergies.xcd圖中可以看出，反應(yīng)物經(jīng)過12步才優(yōu)化結(jié)束，我們可以看到每一步結(jié)構(gòu)的變化。當(dāng)?shù)谝粋€計(jì)算結(jié)束后，對product.xsd重復(fù)剛才的操作50在Project中雙擊reactant.xtd文件，動畫顯示工具按鈕Animation激活。如果動畫(Animation)工具條是不可見的，則按右側(cè)的操作，使用觀看(View)菜單讓它顯示。在Project中雙擊reactant.xtd文件，動畫顯示51設(shè)置顯示方式，按播放鍵。B-O近似，體系的電子能量是核構(gòu)型的函數(shù)。設(shè)置顯示方式，按播放鍵。B-O近似，體系的電子能52在繼續(xù)工作之前，需要關(guān)閉MaterialsVisualizer中的所有文件。關(guān)閉DMol3計(jì)算對話框。選擇File\SaveProject，然后Window\CloseAll。雙擊幾何優(yōu)化子文件夾中的reactant.xsd和product.xsd?，F(xiàn)在工作區(qū)域中只有兩個優(yōu)化了的結(jié)構(gòu)。在繼續(xù)工作之前，需要關(guān)閉MaterialsVisualiz533.定義原子對用DMol3進(jìn)行過渡態(tài)搜索，反應(yīng)物和產(chǎn)物的所有原子都必須配對對應(yīng)。這個可以通過使用工具欄里的反應(yīng)預(yù)覽(ReactionPreview)功能來實(shí)現(xiàn)。從菜單條中選擇Window|TileVertically，使反應(yīng)物和產(chǎn)物以肩并肩的形式顯示。3.定義原子對54現(xiàn)在準(zhǔn)備開始對反應(yīng)物和產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中的原子進(jìn)行對應(yīng)配對(物質(zhì)不滅)

從菜單條中選擇Tools|ReactionPreview，打開了反應(yīng)預(yù)覽(ReactionPreview)對話框。從Reactant的下拉樹形圖中的幾何優(yōu)化文件夾中選擇reactant.xsd?，F(xiàn)在準(zhǔn)備開始對反應(yīng)物和產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中的原子進(jìn)行對應(yīng)配對(物質(zhì)不滅55同樣從Product的下拉樹形圖中的幾何優(yōu)化文件夾中選擇product.xsd。按下Match…按鈕。尋找等價原子(FindEquivalentAtoms)對話框顯示出來了，從中可以看到，一個原子(O)匹配了，而仍有六個原子(C、H)沒有匹配。同樣從Product的下拉樹形圖中的幾何優(yōu)化文件夾中選擇p56雙擊反應(yīng)物欄(reactantcolumn)中的2xC。在產(chǎn)物欄里的對應(yīng)的文件夾同時打開了。反應(yīng)物欄包含了1:C和2:C，它們應(yīng)該直接和產(chǎn)物欄里的對應(yīng)物相匹配，以下的步驟將對此加以確認(rèn)。分別點(diǎn)擊反應(yīng)物框里的1:C和產(chǎn)物框里的1:C。兩個對話框里的碳原子被選上，兩個3D文件里的碳原子也同時被選中。雙擊反應(yīng)物欄(reactantcolumn)中的2xC。57認(rèn)為反應(yīng)物和產(chǎn)物里的兩個1:C原子是等價原子，點(diǎn)擊AutoFind。尋找等價原子(FindEquivalentAtoms)算法匹配了2個C和1個H原子。還有3個H原子未匹配。認(rèn)為反應(yīng)物和產(chǎn)物里的兩個1:C原子是等價原子58仍有3個H原子沒有匹配，重復(fù)上面的手動匹配步驟。雙擊反應(yīng)物欄(reactantcolumn)中的3xH。在產(chǎn)物欄里的對應(yīng)的文件夾同時打開了。反應(yīng)物欄包含了4:H、5:H和7:H，分別點(diǎn)擊反應(yīng)物框里的4:H和產(chǎn)物框里的4:H，兩個對話框里的H原子被選上，兩個3D文件里的碳原子也同時被選中。仍有3個H原子沒有匹配，重復(fù)上面的手動匹配步驟。59點(diǎn)擊SetMatch，還剩下5H、7H未匹配。重復(fù)這個過程，繼續(xù)點(diǎn)擊SetMatch來匹配剩下的沒有配對的原子。點(diǎn)擊SetMatch，還剩下5H、7H未匹配。重復(fù)這個過程60反應(yīng)物、產(chǎn)物的原子已配對?，F(xiàn)在可以預(yù)覽一下反應(yīng)物和產(chǎn)物之間原子的匹配情況。點(diǎn)擊反應(yīng)物或者產(chǎn)物欄中列表里的任意一個原子，可以看到匹配的另一原子。考察匹配情況，直到滿意為止。關(guān)閉FindEquivalentAtoms對話框。反應(yīng)物、產(chǎn)物的原子已配對?，F(xiàn)在可以預(yù)覽一下反應(yīng)61運(yùn)用DMol3的LST/QST功能來搜索過渡態(tài)，需要在反應(yīng)物和產(chǎn)物之間創(chuàng)建一條通道，這也是DMol3計(jì)算時所要求的輸入文件。在反應(yīng)預(yù)覽(ReactionPreview)對話框中，把楨數(shù)提高到100；勾選上Superimposestructures；單擊Preview按鈕，關(guān)閉反應(yīng)預(yù)覽(ReactionPreview)對話框。在幾秒鐘內(nèi)，一個名為reactant-product.xtd的新的3DAtomisticTrajectory文件顯示出來；可以對這個文件進(jìn)行DMol3計(jì)算；可以使用動畫(Animation)工具條來播放軌跡文件。動畫用Bounce模式觀看效果最佳。把化學(xué)鍵監(jiān)測(bondmonitoring)打開，這樣每變化一步，就會對化學(xué)鍵重新計(jì)算。運(yùn)用DMol3的LST/QST功能來搜索過渡62點(diǎn)擊Build|Bonds，打開BondCalculation對話框，勾選上化學(xué)鍵計(jì)算對話框上的Monitorbonding，關(guān)閉對話框。設(shè)置動畫演示方式，按下動畫工具條上的Play按鈕，觀看反應(yīng)物到產(chǎn)物的變化?？赐旰蟀聪耂top按鈕。點(diǎn)擊Build|Bonds，打開Bond63中科大MaterialsStudio培訓(xùn)教程644.使用LST/QST/CG方法計(jì)算過渡態(tài)Note：reactant_product.xtd包含了DMol3需要的重要信息，第一楨是反應(yīng)物的，最后一楨是產(chǎn)物的。現(xiàn)在準(zhǔn)備設(shè)置使用DMol3計(jì)算過渡態(tài)。從菜單條中選擇Modules|DMol3|Calculation，或使用DMol3圖標(biāo)，DMol3計(jì)算對話框就顯示出來。在設(shè)置(Setup)標(biāo)簽欄里，把Task由幾何優(yōu)化改為TSSearch。確定計(jì)算精度為Medium，泛函為GGA和BP。點(diǎn)擊More…按鈕顯示DMol3過渡態(tài)搜索(DMol3TransitionStateSearch)對話框。確認(rèn)搜索協(xié)議(Searchprotocol)設(shè)置為CompleteLST/QST，精度為Medium。關(guān)閉DMol3TransitionStateSearch對話框。4.使用LST/QST/CG方法計(jì)算過渡態(tài)65電子Hamiltonian的設(shè)置與幾何優(yōu)化計(jì)算的設(shè)置一樣。這次需要計(jì)算頻率(Frequency)相關(guān)的性質(zhì)。點(diǎn)擊Properties標(biāo)簽欄，勾選上Frequency。電子Hamiltonian的設(shè)置與幾何優(yōu)化計(jì)算的設(shè)置一樣。66最后，需要對工作描述(JobDescription)加以設(shè)置。點(diǎn)擊JobControl標(biāo)簽，確認(rèn)Automatic沒有被勾選上；在JobDescription一欄里打上TS。按下Run按鈕。關(guān)閉DMol3Calculation對話框。等待計(jì)算完畢。Note：在計(jì)算期間，數(shù)個不同的文件和一個LST/QST圖顯示在工作區(qū)。它們報告了計(jì)算的狀態(tài)。特別地，通過顯示energyvs.LST、QST和CG(conjugategradient，共軛梯度)這些路徑坐標(biāo)(pathcoordinate)的變化曲線，LST/QST圖監(jiān)測了過渡態(tài)搜索的進(jìn)程。最后，需要對工作描述(JobDescript67可以在TS.outmol文件里看到計(jì)算文本結(jié)果。如果該文件沒有自動顯示出來，雙擊工作瀏覽器內(nèi)的TS.outmol，按下CTRL+F，搜索能量勢壘。由TS.outmol中的數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)能量大約為-15kcalmol-1，反應(yīng)勢壘大約為50kcalmol-1。當(dāng)LST/QST計(jì)算完