Materials Studio 培訓教程(包你學會!)PPT_第1頁
Materials Studio 培訓教程(包你學會!)PPT_第2頁
Materials Studio 培訓教程(包你學會!)PPT_第3頁
Materials Studio 培訓教程(包你學會!)PPT_第4頁
Materials Studio 培訓教程(包你學會!)PPT_第5頁
已閱讀5頁,還剩33頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)

文檔簡介

1、1,目的: 介紹如何使用 DMol3 和 Reaction Preview 工具進行過渡態(tài)搜索的計算。 對簡 單反應(yīng),這種方法是有效的。模塊: Materials Visualizer, DMol3前提: 用局域內(nèi)坐標對固體進行結(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)進程中每一步的結(jié)構(gòu)和能量,或者動力學和熱動力學的快照(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(linear synchronous transit, LST

2、)和二次同步度越(quadratic synchronous transit,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 的方法計算過渡態(tài) 5.優(yōu)化過渡態(tài)結(jié)構(gòu),2,1.建立一個計算模型 選擇 creating a new project,建立名為vinylOH 的project 。,在本單元中,你要在兩個不同的3D Atomistic 界面中建立反應(yīng)物和

3、產(chǎn)物模型。第一步就是打開一個新的3D Atomistic界面,構(gòu)建反應(yīng)物乙烯醇(vinyl alcohol)。,點擊工具欄里的New button,選擇3D Atomistic。,在Sketch 工具條上,點擊Sketch Atom 按鈕 。 將鼠標移至3D Atomistic界面,連續(xù)點擊三次鼠標,畫三個連接的碳原子。按一下鍵盤上的ESC 鍵。,3,改為球棍顯示,在3D Atomistic上 ,點擊選擇第三個C 原子。點擊Modify Element 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。,點擊碳-碳鍵一次,選中。點擊Sketch工具條上的Modify Bond

4、Type 鍵 ,選擇雙鍵,從而把單鍵變成雙鍵。點擊別處,取消選擇碳-碳鍵。,4,按下Adjust Hydrogen 按鈕 ,點擊一次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3D Atomistic.xsd,選擇Rename,將其重新命名為reactant.xsd。,在3D Viewer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。,5,* 在這個新的3D 界面文件中,點擊O-H 鍵。按下鍵盤上的DELETE 鍵。點擊Sketch Atom 按鈕 ,然后是孤立的H 原子

5、,以及亞甲基團中的C 原子。如果畫分子有問題,則刪除3D Atomistic.xsd上的原子,再進行CTRL+C、CTRL+V。,* 在鍵盤上按下CTRL + C。 選中的結(jié)構(gòu)文件被復制到了剪貼板。 * 用File / New打開一個新的3D Atomistic 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)在需要改變化學鍵和對原子重新排布以得到產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。,6,點擊一次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。,7,現(xiàn)在需要把該結(jié)構(gòu)的文件

6、名改為product.xsd。右擊工作瀏覽器Project內(nèi)的3D Atomistic.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的計算性能,需要對反應(yīng)物和產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進行優(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 的計算對話框顯示出來。,將Task 由Energy 改為Geometry Optimization。確認Quality 設(shè)為Medium。將泛函改為GGA BP。,8,剛才指定了使用的Hamiltonian

7、和計算的精度。精度決定了使用的基組(basis set)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thermal smearing來加快結(jié)構(gòu)優(yōu)化的收斂。 點擊Electronic 標簽。檢查SCF 是不是設(shè)為Medium。按下More按鈕,顯示了DMol3 的Electronic 選項對話框。在SCF 標簽欄里,勾選上Using smearing 選項。關(guān)閉DMol3 Electronic選項對話框。,9,現(xiàn)在準備開始計算了。 讓reactant.xsd 成為當前工作文件。點擊Job Control 標簽。按下Mo

8、re按鈕,顯示了DMol3的工作控制選項對話框。確認Update structure,Update graphs 和Update textual results 三項被勾選上。關(guān)閉Job Control 選項對話框,點擊Run 按鈕。,10,當?shù)谝粋€計算結(jié)束后,對product.xsd 重復剛才的操作。 把當前工作文件換為product.xsd,點擊DMol3 計算對話框上的Run 按鈕。 計算過程中,計算的進程用圖表和文本文件的形式展現(xiàn)出來。,當兩個計算都完成的時候,兩個新的文件夾出現(xiàn)在工作瀏覽器中,分別叫做reactant DMol3 GeomOpt 和product DMol3 Geom

9、Opt。最后的優(yōu)化結(jié)構(gòu)包含在reactant.xsd 和product.xsd 文件中,計算的輸出結(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reactant Energies.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。,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(Vie

10、w)菜單讓它顯示。,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)。,13,在繼續(xù)工作之前,需要關(guān)閉Materials Visualizer 中的所有文件。 關(guān)閉DMol3 計算對話框。選擇FileSave Project,然后WindowClose All。 雙擊幾何優(yōu)化子文件夾中的reactant.xsd 和product.xsd。 現(xiàn)在工作區(qū)域中只有兩個優(yōu)化了的結(jié)構(gòu)。,14,3. 定義原子對 用DMol3 進行過渡態(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(Reaction Preview)功能來實現(xiàn)。 從菜單條中選擇Wi

11、ndow | Tile Vertically,使反應(yīng)物和產(chǎn)物以肩并肩的形式顯示。,15,現(xiàn)在準備開始對反應(yīng)物和產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中的原子進行對應(yīng)配對(物質(zhì)不滅),從菜單條中選擇Tools | Reaction Preview,打開了反應(yīng)預(yù)覽(Reaction Preview)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 。,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(Find Equivalent Atoms)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

12、(C、H)沒有匹配。,17,雙擊反應(yīng)物欄(reactant column)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。,分別點擊反應(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。,18,認為反應(yīng)物和產(chǎn)物里的兩個1:C原子是等價原子,點擊Auto Find。 尋找等價原子(Find Equivalent Atoms)算法匹配了2個C和1個H原子。還有3個H原子未匹配。,19,仍有3個H原子沒有匹配,重復上面的手動匹配步驟。雙擊反應(yīng)物欄(re

13、actant column)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。,20,點擊Set Match,還剩下5H、7H未匹配。重復這個過程,繼續(xù)點擊Set Match來匹配剩下的沒有配對的原子。,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Find Equivalent Atoms 對話框。,22,運用

14、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 計算時所要求的輸入文件。 在反應(yīng)預(yù)覽(Reaction Preview)對話框中,把楨數(shù)提高到100;勾選上Superimpose structures;單擊Preview按鈕,關(guān)閉反應(yīng)預(yù)覽(Reaction Preview)對話框。,在幾秒鐘內(nèi),一個名為reactant-product.xtd 的新的3D Atomistic Trajectory 文件顯示出來;可以對這個文件進行DMol3 計算;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

15、學鍵監(jiān)測(bond monitoring)打開,這樣每變化一步,就會對化學鍵重新計算。,23,點擊Build | Bonds ,打開Bond Calculation對話框,勾選上化學鍵計算對話框上的Monitor bonding,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。 看完后按下Stop 按鈕。,24,25,4. 使用LST/QST/CG 方法計算過渡態(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)在準備設(shè)置使用DMol3 計算過渡態(tài)。,從菜單條中選擇Modul

16、es | DMol3 | Calculation,或使用DMol3圖標 , DMol3 計算對話框就顯示出來。 在設(shè)置(Setup)標簽欄里,把Task 由幾何優(yōu)化改為TS Search。確定計算精度為Medium,泛函為GGA 和BP。,點擊More按鈕顯示DMol3 過渡態(tài)搜索(DMol3 Transition State Search)對話框。確認搜索協(xié)議(Search protocol)設(shè)置為Complete LST/QST,精度為Medium。關(guān)閉DMol3 Transition State Search 對話框。,26,電子Hamiltonian 的設(shè)置與幾何優(yōu)化計算的設(shè)置一樣。,

17、這次需要計算頻率(Frequency)相關(guān)的性質(zhì)。 點擊Properties 標簽欄,勾選上Frequency。,27,最后,需要對工作描述(Job Description)加以設(shè)置。 點擊Job Control 標簽,確認Automatic 沒有被勾選上;在Job Description 一欄里打上TS。 按下Run 按鈕。關(guān)閉DMol3 Calculation 對話框。 等待計算完畢。,Note:在計算期間,數(shù)個不同的文件和一個LST/QST 圖顯示在工作區(qū)。它們報告了計算的狀態(tài)。特別地,通過顯示energy vs. LST、 QST 和CG (conjugate gradient,共軛梯

18、度)這些路徑坐標( path coordinate)的變化曲線,LST/QST 圖監(jiān)測了過渡態(tài)搜索的進程。,28,可以在TS.outmol 文件里看到計算文本結(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-15 kcal mol-1,反應(yīng)勢壘大約為50 kcal mol-1。,當LST/QST 計算完成,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(Project Explorer)內(nèi)的TS.xsd。一個3D Atomistic 文件打開了,

19、顯示了使用BP/DNP 理論水平計算得到的該反應(yīng)的過渡態(tài)的結(jié)構(gòu)。,29,由此圖已經(jīng)可以看出反應(yīng)圖了,橫坐標0:反應(yīng)物,1:產(chǎn)物,0.63:一個過渡態(tài);相應(yīng)的能量在縱坐標上。,QST的能量最低,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 | Vibrational Analysis,顯示了振動分析(Vibrational Analysis)對話框,按下Calculate 按鈕。,31,計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-2000 cm-1。 點擊虛頻率,使其變亮。點擊動畫(Animation)按鈕。 出現(xiàn)一個新的窗口,顯示虛頻的振動方式。 可用動畫播放選擇(options)來改變演示方式。,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。,33,5. 精修過

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論