量子化學(xué)計(jì)算

量子化學(xué)計(jì)算物理化學(xué)專業(yè)博士研究生課程教學(xué)大綱課程名稱：量子化學(xué)計(jì)算（ComputationalQuantumChemistry）課程編號：B07030411學(xué)分：3總學(xué)時(shí)數(shù)：72開課學(xué)期：第2學(xué)期考核方式：學(xué)習(xí)論文課程說明：（課程性質(zhì)、地位及要求的描述）?！读孔踊瘜W(xué)計(jì)算》是在學(xué)習(xí)了《結(jié)構(gòu)化學(xué)》、《量子化學(xué)》之后，為物理化學(xué)專業(yè)博士研究生開設(shè)的一門方向課，在每學(xué)年第二學(xué)期講授。如果說《結(jié)構(gòu)化學(xué)》、《量子化學(xué)》還有更多的抽象，那么《量子化學(xué)計(jì)算》則直接對各研究體系進(jìn)行可與實(shí)驗(yàn)對比的計(jì)算機(jī)模擬。近二十年來，隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件水平的迅速發(fā)展，計(jì)算化學(xué)已成為理論化學(xué)的重要分支，主要通過量子化學(xué)方法、分子力學(xué)方法以及分子動(dòng)力學(xué)模擬來解決與化學(xué)相關(guān)的問題。目前，計(jì)算化學(xué)已廣泛應(yīng)用于化學(xué)及相關(guān)交叉學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域，迅速成為定量預(yù)測分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及反應(yīng)性能的有力工具。本課程計(jì)劃安排72個(gè)學(xué)時(shí)。采用授課與上機(jī)演習(xí)相結(jié)合的教學(xué)方法，使學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)掌握當(dāng)今國際流行的常用計(jì)算軟件的原理、使用方法及技巧，著重培養(yǎng)同學(xué)們解決化學(xué)實(shí)際問題的能力。要求同學(xué)們通過本課程的學(xué)習(xí)，能對計(jì)算化學(xué)的原理和方法有一個(gè)初步的了解，并能夠在化學(xué)合成、反應(yīng)機(jī)理、生物、材料等各個(gè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容、要求及學(xué)時(shí)分配：緒論內(nèi)容：量子化學(xué)計(jì)算全文共4頁，當(dāng)前為第1頁。量子力學(xué)歷史背景量子化學(xué)計(jì)算全文共4頁，當(dāng)前為第1頁。21世紀(jì)的理論化學(xué)計(jì)算機(jī)模擬要求：了解量子化學(xué)的背景知識、國際國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及其未來方向?qū)W時(shí)：4從頭計(jì)算法的基本原理和概念內(nèi)容：量子力學(xué)基本假設(shè)定態(tài)近似從頭計(jì)算法的“頭”自洽場方法變分法和LCAO-MO近似量子化學(xué)中的一些基本原理和概念量子化學(xué)中的基本近似要求：了解從頭計(jì)算法的基礎(chǔ)知識、計(jì)算化學(xué)中的一些基本原理、概念和近似。學(xué)時(shí)：12布居分析和基組專題內(nèi)容：布居分析基組專題要求：理解基組概念及選擇的原則，掌握布居分析的計(jì)算方法和基組的計(jì)數(shù)，了解Mulliken布居分析的優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)的思路。學(xué)時(shí)：6計(jì)算方法簡介內(nèi)容：半經(jīng)驗(yàn)方法HF方法Post-HF方法DFT方法SCF-X方法精確模型化學(xué)理論方法——Gn和CBS贗勢價(jià)軌道從頭計(jì)算法激發(fā)態(tài)的計(jì)算——CIS和CAS溶劑效應(yīng)分子力學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)量子化學(xué)計(jì)算全文共4頁，當(dāng)前為第2頁。要求：了解一些常用計(jì)算方法的基本原理及優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)掌握AM1、INDO、MNDO/PM3、HF、MP、CI、CC、DFT、CAS、溶劑效應(yīng)等方法的原理，掌握選擇計(jì)算方法的思路和原則。量子化學(xué)計(jì)算全文共4頁，當(dāng)前為第2頁。學(xué)時(shí)：16常用量子化學(xué)軟件介紹內(nèi)容：Gaussian程序Chemoffice程序Gaussview程序Xian-CI程序要求：掌握Gaussian、Chem3D、ChemDraw、Gaussview等程序的使用，能熟練運(yùn)用Gaussian程序進(jìn)行一些量化計(jì)算，了解Xian-CI程序。學(xué)時(shí)：4量子化學(xué)對分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的計(jì)算內(nèi)容：理論基礎(chǔ)簡述——?jiǎng)菽苊妗⑦^渡態(tài)理論、頻率計(jì)算及熱力學(xué)校正、IRC分析、Hammond假設(shè)常用的熱力學(xué)計(jì)算及性質(zhì)分析要求：掌握本章各理論基礎(chǔ)，能對常用的熱力學(xué)數(shù)據(jù)和性質(zhì)進(jìn)行理論計(jì)算。學(xué)時(shí)：4量子化學(xué)計(jì)算的一般步驟及技巧內(nèi)容：穩(wěn)定點(diǎn)的優(yōu)化——OPT過渡態(tài)的搜尋——QST、TS過渡態(tài)的確證——IRC勢能面的掃描——Scan要求：掌握量子化學(xué)計(jì)算的一般步驟和常用的技巧，熟練掌握各關(guān)鍵詞的使用。學(xué)時(shí)：4勢能面的構(gòu)建內(nèi)容：反應(yīng)通道的設(shè)計(jì)——原子分子反應(yīng)靜力學(xué)勢能面數(shù)據(jù)點(diǎn)的計(jì)算原則量子化學(xué)計(jì)算全文共4頁，當(dāng)前為第3頁。數(shù)據(jù)點(diǎn)的高級計(jì)算方法——MRCISD量子化學(xué)計(jì)算全文共4頁，當(dāng)前為第3頁。勢能面的性質(zhì)勢能面的擬合要求：掌握構(gòu)建勢能面的一般思路和方法、勢能面的性質(zhì)及擬合原則，理解原子分子反應(yīng)靜力學(xué)，了解MRCISD方法。學(xué)時(shí)：8量子化學(xué)計(jì)算實(shí)例內(nèi)容：小分子反應(yīng)機(jī)理的理論預(yù)測C/C復(fù)合材料碳源前驅(qū)體的裂解有機(jī)染料的光譜計(jì)算配合物的性質(zhì)計(jì)算煤自燃反應(yīng)的模擬三/四原子體系勢能面的構(gòu)建要求：選擇講解一些量子化學(xué)計(jì)算的實(shí)例以擴(kuò)大學(xué)生眼界，要求學(xué)生掌握其選題依據(jù)、輸入輸出文件的讀取、如何成文和討論等思路。學(xué)時(shí)：14教材或主要參考書目：量子化學(xué)基本原理和從頭計(jì)算法，徐光憲、黎樂民著，科學(xué)出版社，1980現(xiàn)代量子化學(xué)計(jì)算方法，王志中編著，吉林大學(xué)出版社，1998H3O+(T)的完整勢能面計(jì)算及空穴-粒子對應(yīng)在MRCISD中的應(yīng)用，翟高紅，西北大學(xué)博士論文，2003量子化學(xué)從頭計(jì)算方法，廖沐真、吳國是、劉洪霖編著，清華大學(xué)出版社，1984X方法的理論和應(yīng)用，潘毓剛等著，科學(xué)出版社，1987密度泛函理論的離散變分方法在化學(xué)和材料物理學(xué)中的應(yīng)用，肖慎修、王崇愚、陳天朗著，科學(xué)出版社，1998Gaussian03,RevisionA.1,M.J.Frisch,G.W.Trucks,J.