如何进行分子动力学/蒙特卡洛混合模拟（fbMC）加速表面催化过程模拟

掌握石墨烯的生长过程是合成石墨烯的关键。通过基于反应力场的经典分子动力学模拟，能够弄清不同温度下，镍（111）面的石墨烯生长的结构演化和动力学过程。发现低C原子浓度时，C原子倾向于向镍内部扩散；高浓度的C原子才会形成石墨烯“岛”。并发行在大约1000K时的退火过程，会使得石墨烯的质量显著改善。此外石墨烯“岛”可以通过“自愈能力”捕获周边沉积的C原子，形成更大的石墨烯“岛”。这些ReaxFF模拟得到的基本的观察和理解，对控制石墨烯的化学气相生长的控制具有指导意义。这种模拟正是通过ReaxFF支持MD过程混入fbMC（Force biased Monte Carlo）。

参考文献：J. Phys. Chem. C 2012, 116, 6097−6102

在常规的分子动力学模拟（软件使用中文教程参考：案例：398K下H2与F2摩尔比1:1的反应（ReaxFF基本参数范例详解））之外，增加设置如下：

这三个参数的含义：

• Frequency of fbMC steps，即每进行多少步MD，启动一回MC
• Number of fbMC steps，即每次MC运行的步数
• Max atom displacement，即MC每一步之间原子的最大位移量

1. 分子间的反应，Frequency of fbMC steps设置的小一些好一些，例如300，Number of fbMC steps也设置差不多的数值，例如300或200、100，这个值越小，发生反应的可能性也变大
2. Max atom displacement，这个值越大，相当于“温度”越高，但没有很明确的对应关系，用户可以在模拟过程中测试不同的值，但一般都大于0.1。选取这个值的原则是：可以尽量大，越大加速效果越显著，但另一个原则是，整个分子系统不能崩溃
3. 动画过程不显示MC的轨迹，因此如果Number of fbMC steps比较大，动画里面会有间歇性的“跳变”，这是因为跳过了MC的“帧”