高斯計(jì)算(Gaussian)Input File模板

使用Gaussian軟件的量子化學(xué)計(jì)算流程首先先簡(jiǎn)略看一遍用Gaussian做計(jì)算的流程。本文內(nèi)容稱(chēng)不上是業(yè)內(nèi)寶典名師權(quán)威，但對(duì)于那些沒(méi)有充分了解量子化學(xué)但還想做量子化學(xué)計(jì)算的同學(xué)們來(lái)說(shuō)是個(gè)很好的指導(dǎo)教程！我觀察了我周?chē)那闆r后發(fā)現(xiàn)，很多委托別人來(lái)做Gaussian計(jì)算的人都是出于擔(dān)心使用軟件需要數(shù)學(xué)知識(shí)和計(jì)算能力，自己不能勝任的心理所以選擇交給其他人來(lái)做。當(dāng)然理解計(jì)算和數(shù)學(xué)原理是最好的，但不妨先姑且學(xué)學(xué)怎么用這個(gè)軟件。Gaussian的計(jì)算流程十分簡(jiǎn)單：1.首先創(chuàng)建分子的結(jié)構(gòu)信息（.xyz﹑笛卡爾坐標(biāo)或z-matrix），可以在GaussView,Mercury,Avogadoro,Chem3D等軟件上畫(huà)出分子的結(jié)構(gòu)。2.創(chuàng)建GaussianInputfile(.gjf)（在textedit或GaussView上操作）3.向Gaussian提交GaussianInputfile（在Gaussian上操作）4.驗(yàn)收?分析GaussianOutputfile（文件后綴名為.chk/.fchk/.log），可以在textedit,GaussView,iqmol上操作本文的全部?jī)?nèi)容都是關(guān)于整套流程中最重要的第二步——?jiǎng)?chuàng)建GaussianInputfile(.gjf)。GaussianInputfile實(shí)質(zhì)上是一種文本文檔，它匯總了我們想讓Gaussian做什么樣的計(jì)算的指令信息，這些指令信息在Inputfile上為軟件可以讀取的形式。我曾幻想過(guò)有一天某位神人能打造出一個(gè)完美的Inputfile，完美到讓Gaussian直接解出薛定諤方程，那量子化學(xué)界也就迎來(lái)了它生命的終點(diǎn)，當(dāng)然這是不可能的。那么，Inputfile該怎么寫(xiě)呢？通過(guò)在GaussView的操作，Inputfile可以自動(dòng)生成，想要完美的Inputfile可以打開(kāi)Inputfile的Text形式，在Text上修改。雖說(shuō)規(guī)則都在HPC手冊(cè)和Gaussian官方網(wǎng)站。但沒(méi)有示例很難自己寫(xiě)可怎么辦呢？不如到這篇文章里找找模板吧。只需將本文里的模板直接復(fù)制粘貼到textfile里面就好（因?yàn)楦袷讲町悾赡苡行┛招械拈L(zhǎng)短有錯(cuò)誤，還請(qǐng)讀者見(jiàn)諒）。修改分子的XYZ軸的信息和最開(kāi)始的兩行，最后加上兩行的空行差不多就可以投入到Gaussian里進(jìn)行計(jì)算了。例1)以b3lyp/6-31g(d,p)為泛函/基組的基態(tài)計(jì)算（S0構(gòu)造最優(yōu)化，振動(dòng)數(shù)計(jì)算）%nprocshared=28

%mem=100GB

%chk=TNT.chk

#optfreqb3lyp/6-31g(d,p)****01

C-4.592550.08304-0.05852

C-3.073180.17974-0.06585

C-2.358221.43873-0.06606

N-2.970162.74777-0.05954

O-2.216373.82816-0.06039

O-4.149592.90090-0.05332

C-0.948371.40993-0.07316

C-0.220550.22236-0.07994

N1.209960.24774-0.08700

O1.859231.39310-0.08718

O1.83665-0.76914-0.09283

C-0.91178-0.98707-0.07972

C-2.31693-1.04992-0.07289

N-2.91158-2.36710-0.07344

O-2.14448-3.43785-0.08011

O-4.09243-2.53018-0.06800

H-5.188630.99767-0.05309

H-4.91946-0.459090.85345

H-4.92857-0.45422-0.97006

H-0.394162.33820-0.07345

H-0.33521-1.90221-0.08503下面我們來(lái)看看上面的這個(gè)例子里每句話說(shuō)的是什么意思。%nprocshared=28（使用的CPU個(gè)數(shù)，這個(gè)是根據(jù)你用的電腦決定的）

%mem=100GB（使用的內(nèi)存值，這也是根據(jù)你用的電腦決定的）

%chk=TNT.chk（作成的checkpointfile即輸出文件的名字）

#optfreqb3lyp/6-31g(d,p)（routesection從這一行起開(kāi)始，這一串字符聲明了你的計(jì)算條件。opt=結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，freq＝振動(dòng)數(shù)以b3lyp/6-31g(d,p)為泛函/基組進(jìn)行計(jì)算）（這里的空行代表

routesection的結(jié)束）****（這一行是commentsection你可以輸入你將要計(jì)算的分子的名字之類(lèi)的）（這里的空行代表commentsection的結(jié)束）01（代表電荷和自旋多重度。兩個(gè)數(shù)字之間一定要空一格。01代表電荷為0，多重度是1）

C-4.592550.08304-0.05852（下面的一大串?dāng)?shù)字表示分子中各個(gè)原子的XYZ軸的坐標(biāo)信息，也有的inputfile是用Z-matrix來(lái)表示原子位置的）

C-3.073180.17974-0.06585

C-2.358221.43873-0.06606

N-2.970162.74777-0.05954

O-2.216373.82816-0.06039

O-4.149592.90090-0.05332

C-0.948371.40993-0.07316

C-0.220550.22236-0.07994

N1.209960.24774-0.08700

O1.859231.39310-0.08718

O1.83665-0.76914-0.09283

C-0.91178-0.98707-0.07972

C-2.31693-1.04992-0.07289

N-2.91158-2.36710-0.07344

O-2.14448-3.43785-0.08011

O-4.09243-2.53018-0.06800

H-5.188630.99767-0.05309

H-4.91946-0.459090.85345

H-4.92857-0.45422-0.97006

H-0.394162.33820-0.07345

H-0.33521-1.90221-0.08503（這里的空行代表上面的分子結(jié)構(gòu)信息輸入完畢）（如果有需要增加的指令，在這一行輸入，具體參照例8）（這里的空行表示上行的增加指令已經(jīng)結(jié)束）（這里的空行表示inputfile到此全部結(jié)束）這就是一個(gè)inputfile里那些數(shù)字字母所要傳達(dá)的信息。例2)以M062X/6-31g(d,p)為泛函/基組的激發(fā)態(tài)計(jì)算（S1構(gòu)造最優(yōu)化，振動(dòng)數(shù)計(jì)算）%mem=100GB

%nprocshared=28

%chk=TNT.chk

#optfreq

td=(singlets,nstates=10,root=1)

b3lyp/6-31g(d,p)****01

C-4.592550.08304-0.05852

C-3.073180.17974-0.06585

C-2.358221.43873-0.06606

N-2.970162.74777-0.05954

O-2.216373.82816-0.06039

O-4.149592.90090-0.05332

C-0.948371.40993-0.07316

C-0.220550.22236-0.07994

N1.209960.24774-0.08700

O1.859231.39310-0.08718

O1.83665-0.76914-0.09283

C-0.91178-0.98707-0.07972

C-2.31693-1.04992-0.07289

N-2.91158-2.36710-0.07344

O-2.14448-3.43785-0.08011

O-4.09243-2.53018-0.06800

H-5.188630.99767-0.05309

H-4.91946-0.459090.85345

H-4.92857-0.45422-0.97006

H-0.394162.33820-0.07345

H-0.33521-1.90221-0.08503例3)以cam-B3LYP/6-31g(d,p)為泛函/基組的激發(fā)態(tài)計(jì)算（S0構(gòu)造）%mem=100GB

%nprocshared=28

%chk=TNT.chk

#

sptd=(singlets,nstates=10,root=1)

cam-b3lyp/6-31g(d,p)

Guess=ReadGeom=AllCheckpoint****這里的“Guess=ReadGeom=AllCheckpoint”是個(gè)很好用的操作，可以將之前執(zhí)行的計(jì)算結(jié)果和構(gòu)造不做改動(dòng)直接用到其他計(jì)算任務(wù)里。具體應(yīng)用場(chǎng)景見(jiàn)下面的例4。例4)NTO計(jì)算（S1躍遷軌道的可視化）%mem=100GB

%nprocshared=28

%chk=TNT.chk

#M062X/6-31g(d,p)

Geom=AllCheckGuess=(Read,Only)Density=(Check,Transition=1)Pop=(Minimal,NTO,SaveNTO)01這是標(biāo)準(zhǔn)的模板。如果不想覆蓋原有的chkfile的話，改成下面這樣：%mem=100GB

%nprocshared=28%oldchk=TNT.chk

%chk=TNT_NTO.chk#M062X/6-31g(d,p)Geom=AllCheckGuess=(Read,Only)Density=(Check,Transition=1)Pop=(Minimal,NTO,SaveNTO)01這樣，計(jì)算結(jié)果就不會(huì)覆蓋原有的chkfile而是新輸出一個(gè)chkfile。例5)以M062X/6-31g(d,p)為泛函/基組的激發(fā)態(tài)計(jì)算（T1結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，振動(dòng)數(shù)計(jì)算）%mem=100GB

%nprocshared=28

%chk=TNT.chk

#optfreq

td=(50-50,nstates=10,root=1)

b3lyp/6-31g(d,p)****01

C-4.592550.08304-0.05852

C-3.073180.17974-0.06585

C-2.358221.43873-0.06606

N-2.970162.74777-0.05954

O-2.216373.82816-0.06039

O-4.149592.90090-0.05332

C-0.948371.40993-0.07316

C-0.220550.22236-0.07994

N1.209960.24774-0.08700

O1.859231.39310-0.08718

O1.83665-0.76914-0.09283

C-0.91178-0.98707-0.07972

C-2.31693-1.04992-0.07289

N-2.91158-2.36710-0.07344

O-2.14448-3.43785-0.08011

O-4.09243-2.53018-0.06800

H-5.188630.99767-0.05309

H-4.91946-0.459090.85345

H-4.92857-0.45422-0.97006

H-0.394162.33820-0.07345

H-0.33521-1.90221-0.08503這不是針對(duì)T1態(tài)的構(gòu)造優(yōu)化，而是分子會(huì)趨向于落入能量最低的激發(fā)狀態(tài)。通常情況下，分子會(huì)趨向于處于T1態(tài)。例5-2)不用td的T1態(tài)構(gòu)造最優(yōu)化%mem=100GB

%nprocshared=28

%chk=TNT.chk

#optfreqb3lyp/6-31g(d,p)****03

C-4.592550.08304-0.05852

C-3.073180.17974-0.06585

C-2.358221.43873-0.06606

N-2.970162.74777-0.05954

O-2.216373.82816-0.06039

O-4.149592.90090-0.05332

C-0.948371.40993-0.07316

C-0.220550.22236-0.07994

N1.209960.24774-0.08700

O1.859231.39310-0.08718

O1.83665-0.76914-0.09283

C-0.91178-0.98707-0.07972

C-2.31693-1.04992-0.07289

N-2.91158-2.36710-0.07344

O-2.14448-3.43785-0.08011

O-4.09243-2.53018-0.06800

H-5.188630.99767-0.05309

H-4.91946-0.459090.85345

H-4.92857-0.45422-0.97006

H-0.394162.33820-0.07345

H-0.33521-1.90221-0.08503注意，與S0的結(jié)構(gòu)最優(yōu)化和振動(dòng)數(shù)計(jì)算的模板不同的地方在于粗體字換成了03。例6)只優(yōu)化氫原子的構(gòu)造（用于XRD結(jié)晶構(gòu)造解析后的構(gòu)造最優(yōu)化）%nprocshared=28

%mem=100GB

%chk=TNT.chk

#optfreqb3lyp/6-31g(d,p)****01

C

-1

-4.592550.08304-0.05852

C

-1

-3.073180.17974-0.06585

C

-1

-2.358221.43873-0.06606

N

-1

-2.970162.74777-0.05954

O

-1

-2.216373.82816-0.06039

O

-1

-4.149592.90090-0.05332

C

-1

-0.948371.40993-0.07316

C

-1

-0.220550.22236-0.07994

N

-1

1.209960.24774-0.08700

O

-1

1.859231.39310-0.08718

O

-1

1.83665-0.76914-0.09283

C

-1

-0.91178-0.98707-0.07972

C

-1

-2.31693-1.04992-0.07289

N

-1

-2.91158-2.36710-0.07344

O

-1

-2.14448-3.43785-0.08011

O

-1

-4.09243-2.53018-0.06800

H

0

-5.188630.99767-0.05309

H

0

-4.91946-0.459090.85345

H

0

-4.92857-0.45422-0.97006

H

0

-0.394162.33820-0.07345

H

0

-0.33521-1.90221-0.08503原子右側(cè)的數(shù)字-1聲明固定的意思，0聲明可以移動(dòng)的意思。即上面的一大串程序表明計(jì)算機(jī)在對(duì)分子作結(jié)構(gòu)最優(yōu)化時(shí)只被允許移動(dòng)H原子。如果需要計(jì)算的分子太龐大以至于畫(huà)出來(lái)很費(fèi)時(shí)間，我會(huì)用下面的Python代碼準(zhǔn)備gjffile。filename_input=“./A.gjf”

filename_output=“./output.gjf”start_line_num=9

output_text=“”withopen(filename_input,“r”)asf:

lines=f.readlines()forline_num,lineinenumerate(lines):

line=line.strip()#removebreaklineifline_num+1<start_line_num:#line_numstartsfrom0

output_text+=“{}\n”.format(line)#addbreaklineattheend

else:

line_array=[eforeinline.split(”“)ife!=“”]#splitinputlinebyspaceandmakeanarray

iflen(line_array)>1:

ifline_array[0]==“H”:

line_array.insert(1,str(0))#add“0”incaseof“H”

else:

line_array.insert(1,str(-1))#otherwise,add“1”line_output=“\t”.join(line_array)

output_text+=“{}\n”.format(line_output)#addbreaklineattheend#print(“===outputtext====”)

#print(output_text)withopen(filename_output,“w”)asf_out:

f_out.write(output_text)f=open(‘output.gjf’,‘a(chǎn)’,encoding=’utf-8′,newline=’\n’)

f.write(‘\n’)

f.write(‘\n’)

f.close()例7)丁烷的旋轉(zhuǎn)﹑勢(shì)能面的計(jì)算%chk=butane_scan2

%mem=100GB

%nproc=36

#popt=modredundantb3lyp/6-31g(d)pop=fullmemo01

C-1.81226530-0.33960474-0.18951040

H-2.75438476-0.79975943-0.40297839

H-1.10701678-1.089529830.10227189

C-1.298923080.38635154-1.44691537

H-2.003260750.26246181-2.24281724

H-0.35589216-0.02730756-1.73756778

C-1.129120841.88597588-1.14049402

H-0.425063522.00984515-0.34434097

H-0.772093122.39031163-2.01403661

H-2.072226532.29971720-0.85020142

C-1.984691040.676048870.95518044

H-2.689607231.426220550.66322903

H-2.341785640.171724691.82870237

H-1.042482461.135882491.16894671D11147S3610.000000例8)根據(jù)原子指定基函數(shù)時(shí)%nprocshared=8

%mem=8GB

%c