1、量子化学计算方法量子化学计算方法章永凡福州大学化学系2009年 2月课程主要内容一、有限尺度体系 (分子、团簇等 )电子结构计算方法 G03程序的使用二、无限周期体系 (一维链状化合物、二维层状化合物或固体表面、三维固体体相 )电子结构计算方法 VASP/CASTEP程序的使用主要参考资料 : G03用户手册或 G03的帮助文件 相应网址 : VASP程序用户手册简 介量子化学软件目的在于将量子化学复杂计算过程程序化，从而便于人们的使用、提高计算效率并具有较强的普适性。 绝多数量子化学程序是采用 Fortran语言编写的 (Fortran 77或 Fortran 90)， 通常由上万行语句组成
2、。软件分类计算原理基于从头算或第一性原理方法(ab initio/first principles)Gaussian、 ADF、 Dalton、 Gamess、 Crystal、 VASP、 Wien 、 Dmol等基于半经验或分子力学方法MOPAC、 EHMO、 NNEW3 等研究对象有限尺度体系 (分子、簇合物等 )Gaussian、 ADF、 Dalton、Gamess、 MOPAC、 EHMO等无限周期重复体系 (晶体、固体表面、链状聚合物等 )Crystal、 NNEW3 、 VASP、Wien 等本研究室目前常用的量化软件：Gaussian 98/03: 由 Pople等人编写，经
3、过几十年的发展和完善，该软件已成为国际上公认的、计算结果具有较高可靠性的量子化学软件，它包含从头算、半经验以及分子力学等多种方法，可适用于不同尺度的有限体系，除了部分稀土和放射性元素外，它可处理周期表中其它元素形成的各种化合物；Crystal 98/03： 该软件由意大利都灵大学理论化学研究所开发，采用基于原子轨道线性组合的从头算方法来研究固体及表面的电子结构；VASP: 该软件由奥地利维也纳大学开发，采用基于平面波基组的密度泛函理论来研究固体及表面的构型以及动力学过程；CASTEP： MS软件模块之一，与 VASP程序类似；Dmol: MS软件模块之一，主要用于有限尺度体系电子结构研究；采用
4、理论方法要解决的问题当前的研究状况，包括实验和理论研究现状、已解决和尚未解决的问题计算过程化合物构型的确定，具体途径包括：利用实验测定结果、或者采用软件进行构造等根据现有的计算条件、模型的大小以及所要解决的问题，选择可行的计算方法和相应程序对计算结果进行加工和提取有用的信息，一般包括构型描述、能量分析、轨道组成、电荷和成键分析等，并与实验结果比较计算模型和方法的选取是保证计算结果可靠性的关键，理想的情况是： 1.所选取的计算模型与实际情形一致； 2.采用高级别的计算方法。但是，由于受到计算软硬件的限制，在多数情况下，很难同时做到上述两点要求，实际操作中，当计算模型较大时，只能选择精确度较低的计
5、算方法，只有对较小的模型才能选取高级的计算方法。因此， 当确定了一种计算模型和方法后，最好对其进行验证，以保证计算结果的可靠性。 假设当前的研究对象是化合物 A，可通过下列途径进行验证：1. 与 A化合物现有实验结果之间的比较；2. 若无实验方面的报道，可对与 A类似的化合物 B进行研究，此时以 B的实验结果作为参照；3. 当上述方法行不通时，可以采用较大模型和较为高级的计算方法得到的计算结果作为参照，该方法主要用于系列化合物的研究：如对 A1, A2, A3， 先用大模型和基组对 A1进行研究，然后以该结果为参照，确定计算量适中的模型和方法并应用于 A1,A2,A3。Gaussian03程序
6、的使用n G03的安装和运行；n G03的功能和程序结构；n 输入文件的编写与主要功能的使用；n 补充说明；G03程序的安装和运行1. G03程序的安装 ：(1).确定运行平台： Windows 或 Linux？(2).对 Windows 平台 ：直接运行 setup.exe， 其余步骤按提示操作即可；也可将其它机器上将已安装好的 G03直接拷贝到本机，但需设置运行环境。对 Linux平台 ：a.若 G03是经过压缩过的 (文件结尾为 gz)，用 gunzip命令解压：例如： gunzip g03.linux.tar.gzb.若 G03是打包的 (文件结尾为 tar)，用 tar命令将其释放：
7、例如： tar xvf g03.linux.tar ab两步合成一步方法： tar zxvf g03.linux.tar.gzc.设置环境变量，以 c shell为例，在用户根目录下的 .cshrc文件添加下列内容： (也可在执行 g03前逐条运行 )setenv g03root /home/$USER(设置 g03所在目录， 根据实际情况修改 )source $g03root/g03/bsd/g03.login(激活 g03运行时所需环境变量 )setenv GAUSS_SCRDIR /home/$USER/g03_tmp(设置临时目录 )d.运行 bsd/install， 自动配置并行计算环境注：对 Linux平台，运行 g03时，需注意权限问题，可用 chmod命令更改权限，将所安装的 g03对所有用户开放。
