由于pEDA分析支持正常k空间布点,而NOCV则只支持Gamma点,因此建议二者分别计算。本文使用AMS2019.301完成。
NOCV orbital、NOCV density、NOCV Def(ference) density的化学直观含义,参考:ETS-NOCV理论,尤其是ETS-NOCV方法将EDA(能量分解)中Orbital Interactions具体分解到不同轨道上
这里我们跳过了结构优化的步骤。直接给出优化后的结构:
Atoms H 0.4137584865093231 -1.364407896995544 -0.1048367694020271 H 3.905043363571167 -1.368606209754944 -0.1630810648202896 O -1.776240348815918 -0.0372278243303299 0.1618054360151291 O 1.821238875389099 0.03570600971579552 0.2059087008237839 H -1.408504962921143 1.645284414291382 -1.043372511863708 H 2.18213939666748 1.707667112350464 -1.009295344352722 H -0.3535199165344238 1.359930753707886 0.4157731831073761 H 3.295168399810791 1.394378900527954 0.39700847864151 C -0.8852173686027527 0.8954787254333496 -0.4305866062641144 C 2.724980115890503 0.945950984954834 -0.4311369955539703 O 0.03939072415232658 0.2860212028026581 -1.339725971221924 O 3.576916217803955 0.3126263022422791 -1.369324088096619 C 0.9520775079727173 -0.6158681511878967 -0.7048302292823792 C 4.457893371582031 -0.6303196549415588 -0.7661175131797791 H 1.498764157295227 -1.074758529663086 -1.543194055557251 H 4.984376907348633 -1.096200942993164 -1.611913681030273 O -0.781221330165863 -0.4054707288742065 -4.007828235626221 H -0.4269334971904755 -1.302894949913025 -4.186177730560303 H -0.4472250938415527 -0.1933794617652893 -3.102663278579712 End Lattice 7.144288539886475 0.0 0.0 End
把这段数据直接复制到Input窗口即可。注意,此时Main窗口的Periodicity自动修改为Chain了,也就是一个真正的一维材料,外围为无限大的真空。
参数设置详细介绍,参考:【入门基础教程】单点计算与BAND的基本参数设置、计算效率。这里由于研究表面吸附,存在弱键,因此使用色散修正泛函-D3(BJ)。元素较轻,因此DZP基组即可:
体系分成吸附水分子、聚合物2个区,分区方法参考如何创建分区,如下图: K点必须设定为Gamma Only 打开NOCV开关:
设置完成后,File > Save As,保存任务。
提交任务的方式,参考正式版的安装、维护与升级。如果提交到Linux系统,参考:Linux系统中,片段分析如何使用run文件提交任务
因为NOCV本身是为了进一步分析EDA的结果,希望看到EDA中轨道相互作用(也就是共价作用)主要由哪些轨道贡献出来,因此我们首先看看有多少贡献比较大的NOCV。
SCM - Output - Properties - PEDA Energy Terms:
P E D A N O C V E n e r g y T e r m s ------------------------------------------------------------------- Energies in kJ/mol ===K-Point 1 Spin 1 NOCV eigenvalue E_tot T V ------------------------------------------------------------------- 1 | -0.1419 +0.1419 -16.5 -159.6 +143.1 2 | -0.0590 +0.0590 -2.9 -96.1 +93.2 3 | -0.0472 +0.0472 -2.7 -31.7 +29.0 4 | -0.0284 +0.0284 -0.8 +7.2 -8.0 5 | -0.0249 +0.0249 -0.6 -39.8 +39.2 6 | -0.0218 +0.0218 -0.7 -57.5 +56.8 7 | -0.0176 +0.0176 -0.3 +23.4 -23.8 8 | -0.0144 +0.0144 -0.4 -35.4 +35.0 9 | -0.0126 +0.0126 -0.2 +20.8 -21.0 10 | -0.0110 +0.0110 -0.2 +1.9 -2.1 11 | -0.0089 +0.0089 -0.1 -1.1 +1.0 12 | -0.0082 +0.0082 -0.1 +15.3 -15.4 13 | -0.0071 +0.0071 -0.1 +21.7 -21.8 14 | -0.0062 +0.0062 -0.1 +10.7 -10.7 15 | -0.0057 +0.0057 0.0 +8.9 -8.9 16 | -0.0055 +0.0055 0.0 +11.6 -11.7 17 | -0.0046 +0.0046 0.0 -4.1 +4.1 18 | -0.0044 +0.0044 0.0 +9.6 -9.6 19 | -0.0038 +0.0038 0.0 +4.3 -4.3 20 | -0.0033 +0.0033 0.0 +3.9 -3.9 21 | -0.0027 +0.0027 0.0 +4.9 -4.9 22 | -0.0026 +0.0026 0.0 +1.7 -1.7 23 | -0.0025 +0.0025 0.0 0.0 +0.0 24 | -0.0021 +0.0021 0.0 +5.5 -5.5 25 | -0.0018 +0.0018 0.0 +0.7 -0.7 26 | -0.0011 +0.0011 0.0 +0.8 -0.8 E_res= 0.0 kJ/mol E_tot= -25.9 kJ/mol
可以看到贡献主要是第一组本征值为±0.1419的NOCV贡献出来(注意,本征值必须严格±成对,否则NOCV数据不可用。有时候没有在Multilevel中,为片段指定正确的Spin Polarization,也会导致本征值不配对),我们需要记住这个本征值,然后来查看该NOCV的具体情况。 SCM → View → Add → Isosurface: With Phase → Select Field → NOCV Orbitals。
注意: 负本征值NOCV orbital则是成键前的样子,也就是一方碎片贡献占据轨道,另一方贡献空轨道(等值面调整到0.01看的更清楚一些,透明设置参考:如何设置View中各种空间分布图的透明度):
可以看到,贡献占据轨道的是聚合物分子的O原子的孤对电子(占据轨道),与水分子的空轨道(H原子上)作用。
正本征值的NOCV orbital是成键之后的键轨道:
形成了氢键。
SCM → View → Add → Isosurface: With Phase
电子从红色区域流向蓝色区域。本例中,这是一个典型的氢键电子转移,从聚合物O原子转移电子到H…O之间,H原子本身也失去电子,与H直接连接的O原子也得到了电子。电子转移很微弱,因此等值面调整到0.0003看起来才比较清晰。