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ETS-NOCV功能案例:配合物Unrestricted开壳层片段的EDA-NOCV分析(Science 2018)

旧版对开壳层碎片,是采用近似的方法:计算碎片时,使用Restricted方法,得到能量与空间分布相同的α轨道和β轨道,然后通过人为调整电子占据方式,近似地得到所需的碎片的电子态。这种方法,对某些体系较容易实现,而对一些体系,则相当困难。

新版中,允许对开壳层片段进行精确的Unrestricted计算,直接沿用碎片的Unrestricted计算的结果,进行EDA、NOCV计算分析。原则上来说,是精确的处理方式,而旧版则是近似处理的方式。这里,我们以$Sr(CO)_8$为例,演示该功能的使用。该体系相关文献,参考:钙锶钡配合物也遵守18电子规则(Science, 2018)。 注意,文献使用旧版AMS计算完成,本文使用更精确的新方法重新计算,因此结果略有差别,但对比结果,差异不大。

参数设置

对于金属配合物体系,有一个特别重要的注意事项:模型的坐标原点需要设置到金属上,或者“对称中心”上(选中原子,edit - set origin),并且将高对称轴设置为z轴(选中两个原子,这样确定了一个方向,edit → align → with z-axis)。否则(例如金属原子参与成键的是d、f轨道,但是分子却具有C3、C5、C7……这样的转动对称)有可能导致计算得到的NOCV分析结果中,电子转移空间分布图不标准。

第一步:基本参数设置如下,这里选择的泛函是M06-2X,因此积分精度设置未Good,这里有重元素因此使用Scalar相对论方法。

对体系进行分区,将Sr、$CO_8$分为两个分区,分区操作参考:如何创建分区

打开NOCV功能:

打开碎片功能:

这里我们特别注意一下:上图中,新版比旧版多了一个自旋的设置,旧版不能设置自旋,只能使用Restricted计算碎片,新版如果自旋不为0,则会使用更精确的Unrestricted方法来计算该开壳层体系(所谓开壳层体系指α电子和β电子没有完全配对)。

而本体系,根据文献的研究,发现Sr并不处于基态,而是处于三重态,且点群为$O_h$群,电子占据方式为:

A1.g 4//4
E.g 4//2
T2.g 3//3
T1.u 9//9

因此,点击上图中Sr碎片后面的open按钮,打开Sr碎片任务的ADFinput窗口,并在details - Userinput中设定电子占据方式:

碎片设置完毕,ctrl s保存任务。主任务也可以保存后关闭窗口。在ADFjobs窗口,选中主任务,点击菜单栏Job - run,运行该任务。

结果查看

SCM - level: 可以看到:

SCM - Output - Properties - Bonding Energy Decomposation可以看到能量分解的结果。其中Pauli排斥为31.74kcal/mol,静电作用-61.10kcal/mol,轨道作用(含MetaHybrid correction)-194.83kcal/mol,总Bonding energy-224.19kcal/mol。

SCM - Output - Properties - ETS-NOCV,可以看到alpha轨道,主要由两组成键作用贡献,二者贡献能量相同,均为-104.2kcal/mol,其他alpha轨道与beta轨道贡献都很小,这与原文是一致的。

在SCM - View - Add - Isosurface: with phase - 窗口底部select field选择对应的NOCV def density可以看到对应成键相互作用的电子转移情况,与文献定性结果一致。

文献为: 对键能的贡献为-103.2 kcal/mol * 2 = -206.4 kcal/mol

这里我们得到:

对键能的贡献为-104.2 kcal/mol * 2 = -208.4 kcal/mol。与文献中差值为2 kcal/mol,完全在可以接受范围内。原则上来说,本文的计算比原文更精确可靠。

当然上图是表示金属中心某个d轨道电子(红色区域)转移到8个CO的π反键轨道(蓝色区域)形成反馈键,详见文献。