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聚合物相关流体热力学性质的计算

COSMO-RS 计算聚合物的理论介绍参考：COSMO-RS/SAC 对聚合物的处理

COSMO-RS 程序也可用于计算聚合物和含聚合物混合物的热力学性质。COSMO-RS 说明书中描述了相关的理论和方程。本教程重点介绍 AMS图形窗口中使用 COSMO-RS 进行聚合物计算的细节。

本教程旨在熟悉 COSMO-RS 参数设置，以及纯化合物数据、进行 COSMO-RS 计算，并已安装了 COSMO-RS 化合物数据库 ADFCRS-2018（初次打开 COSMO-RS 时，软件会提示下载安装该数据库）。

ADFCRS 聚合物数据库

COSMO-RS 聚合物数据库包含超过 200 种常见聚合物的结构，如 COSMO-RS 手册中所述，所有结构都表示为三聚体的中心单元。由于生成单体结构的最简单程序也需要用 ADF 去计算三聚体（几分钟或几天，取决于聚合物的大小），生成分子表面诱导电荷。在本教程中，直接使用聚合物数据库中的聚合物，跳过了使用 ADF 计算分子表面诱导电荷的那一步。

要快速开始使用 COSMO-RS 中的聚合物，请先下载 COSMO-RS 聚合物数据库，并解压备用。

输入化合物

一.选择/输入数据库化合物

SCM → COSMO-RS → Compounds → Add Compounds → 进入聚合物数据库所在目录，点击窗口右下角的monomers.compoundlist选项并选择Open。

注意：聚合物化合物也可以通过 SMILES 串加入，输入格式请确保为 CurlySMILES 格式（可以阅读 CurlySMILES 相关的论文以获得更全面的了解，不过 CurlySmies 格式本身是不言自明的）。例如在 CurlySMILES 中，聚乙烯表达为 C{-}C{n+} 和聚异丁烯是 C{-}C{n+}(c1ccccc1)。这些例子表明，聚合反应的那部分的原子是用 {-} 和 {n+} 标识符标记。

二.输入自己个性化的聚合物

用户也可以将新的聚合物加入到数据库中，并像使用数据库中的其他聚合物一样去使用。加入新的聚合物，有两种方法。

1.使用ADF

这是使用数据库中尚未存在的化合物的标准方法。这种方法需要 ADF 结合 COSMO 进行计算，但聚合物计算可能需要大量原子，这样计算量就比较大。因此需要先进行几何优化，然后进行单点 COSMO 计算。计算步骤如下：

SCM → New Input → Task 选择 COSMO-RS Compound
创建聚合物单体结构
将单体之间的连接原子设为虚原子Xx
Model → Solvation
点击“COSKF trimer”旁边的“Generate”按钮
保存/运行输入文件

下面以聚乙烯为例，说明上述过程：

1) 创建乙烷分子，Task 设定为 COSMO-RS Compound 后，所有参数自动设定好了： 2) 按住 Shift 键，选择单体间的连接位原子，然后菜单栏 Atoms→ Change Atom Type，然后选择元素周期表中的Xx，从而将其替换为虚原子 Xx： 3) Model → Solvation，点击“COSKF trimer”旁边的“Generate”：右键单击齿轮并选择 GFN1-xTB，使用 DFTB 的 GFN1-xTB 方法进行预优化，为后续的 ADF 计算提供良好的初始几何结构。 4) 保存并运行作业（注意路径、文件名不要包含中文、空格）： File → Run运行作业。 5) 作业运行结束后，将生成*.coskf文件。在 SCM → COSMO-RS 打开 COSMO-RS 窗口，菜单栏 Compounds → Add Compounds 添加创建的.coskf文件（如果是从前面作业窗口打开COSMO-RS窗口，则可能这个化合物已经自动被添加进去了）。Compounds → List of added compounds回到化合物列表窗口，选中刚刚添加的化合物，点击窗口右上角“Show 3D”按钮，将打开 AMSview 窗口，显示该化合物的三维结构。菜单栏 Add → COSMO: Surface Charge Density → On COSMO surface points，将产生类似如下图像：