1.建立初始結(jié)構(gòu)

(1)建造一個(gè)的水分子

運(yùn)行MS，新建一個(gè)Project命名為water molecular。打開(kāi)一個(gè)新的xsd文檔命名為H2O.xsd。在工具欄選擇Sketch Atom工具繪制一個(gè)水分子，如下圖所示。然后點(diǎn)擊Clean工具修正得到合理的幾何構(gòu)象。

(2)建造多分子水的無(wú)定型體系

選擇菜單欄Modules上的Amorphous Cell，在下拉列表中選擇Construction，打開(kāi)Amorphous Cell Construction對(duì)話(huà)框。點(diǎn)擊Add按鈕將水分子添加到體系中，單擊Constituent molecules欄中Number下的數(shù)字，設(shè)為500。相應(yīng)的，溫度298K；Number of configurations填1；Cell type選Periodic cell(設(shè)置體系含有周期性邊界條件)；水密度0.997g/cc。在Setup選項(xiàng)卡中，選用Compass力場(chǎng)；Job description可設(shè)置任務(wù)名稱(chēng)。

點(diǎn)擊Construct開(kāi)始構(gòu)建，在Project explorer中出現(xiàn)了一個(gè)新的名為Sketch 1 AC Constr的文件夾。計(jì)算結(jié)束后產(chǎn)生一個(gè)包含500個(gè)水分子無(wú)定形體系的軌跡文檔Sketch 1.xtd，如下圖。

 

1.動(dòng)力學(xué)模擬

(1)優(yōu)化體系

構(gòu)建好的水分子無(wú)定形體系需要用Discover模塊中的Minimizer對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，打開(kāi)Discover Minimizer對(duì)話(huà)框相關(guān)設(shè)置如下圖，然后點(diǎn)擊Minimize按鈕開(kāi)始優(yōu)化。

優(yōu)化結(jié)束后，會(huì)在Project Explorer中創(chuàng)建了一個(gè)新目錄Sketch 1 Disco Min，當(dāng)任務(wù)完成時(shí)，最小化的結(jié)構(gòu)會(huì)被存放到這個(gè)新目錄下。

(2)動(dòng)力學(xué)模擬

用Discover模塊中的Dynamics對(duì)體系進(jìn)行平衡計(jì)算，打開(kāi)Discover Molecular Dynamics對(duì)話(huà)框，下圖所示。Ensemble(系綜)下拉列表選擇NPT，Temperature為298K，溫度控制方法選擇為Nose，壓力為0.0001Gpa，壓力控制方法為Berendsen，步數(shù)設(shè)為10000，時(shí)間步長(zhǎng)為1fs，Save下拉列表中選擇Full，F(xiàn)rame output every處設(shè)為200steps(每200步輸出一次體系構(gòu)型文件)。點(diǎn)擊Run開(kāi)始運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)束后會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)Sketch 1 Disco Dynamics文件夾，里面包含Sketch 1.xtd文檔。

1.進(jìn)行水分子徑向分布函數(shù)及擴(kuò)散系數(shù)分析

激活Sketch 1 Disco Dynamics文件夾里面的Sketch 1.xtd文檔，按住Alt鍵雙擊其中一個(gè)H原子即選中所有水分子中的H，在菜單欄Edit下拉菜單中選Edit Sets，打開(kāi)Edit Sets對(duì)話(huà)框，按New按鈕將所有H原子命名為H；用同樣的方法將體系中的O原子命名為O；按Ctrl+A選中所有水分子命名為H2O。設(shè)置完成后，就可以對(duì)水分子進(jìn)行分析了。

(1)徑向分布函數(shù)

在工具欄Discover下拉列表選擇Analysis，打開(kāi)Discover Analysis對(duì)話(huà)框。在窗口菜單中選中Structural目錄下的Pair correlation function（徑向分布函數(shù)），點(diǎn)擊按鈕Define，打開(kāi)Trajectory Specification(Discover)對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊Add to list，添加命名后的水分子軌跡文件，關(guān)閉對(duì)話(huà)框。回到Discover Analysis，在Choose sets中在第一個(gè)下拉框選擇H，第二個(gè)下拉框選擇O，如下圖所示。設(shè)置完成后，點(diǎn)擊Analyze按鈕開(kāi)始進(jìn)行分析。

運(yùn)行結(jié)束后會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)Sketch 1 Disco Pair correlation function文件夾，激活該目錄下的Sketch 1.xcd文檔。可以看到圖中有九條g(r)曲線(xiàn)，其中aa、ab、bb分別表示H-H、H-O、O-O；total、intra、inter分別表示分子內(nèi)和分子間總的g(r)、分子內(nèi)g(r)、分子間g(r)。右擊圖像，在快捷菜單中選擇Delete Graphs，選中所有total和intra項(xiàng)，點(diǎn)擊Delete。剩下的就是分子間H-H、H-O、O-O的徑向分布函數(shù)，如下圖。

 

上圖給出了水分子中各原子對(duì)徑向分布函數(shù)。O-O 徑向分布函數(shù)在0. 275 nm處出現(xiàn)最高峰值,表示由于氫鍵相互作用下中心水分子與最近鄰水分子間氧氧距離；O-H 徑向分布函數(shù)在0. 175 nm 和0. 325 nm 處均出現(xiàn)峰值,這分別是有氫鍵作用和無(wú)氫鍵作用的O-H 距離；H-H 徑向分布函數(shù)在0. 245 nm 和0.465nm處出現(xiàn)峰值。

0.275；0.175，0.325；0.245，0.475

0.265；0.175，0.325；0.235，0.475

 

(2)擴(kuò)散系數(shù)

因?yàn)镸S軟件中無(wú)法直接對(duì)軌跡文件求出體系的擴(kuò)散系數(shù)，但是可以通過(guò)分析均方位移(MSD)來(lái)間接求出體系的擴(kuò)散系數(shù)：即均方位移曲線(xiàn)斜率的六分之一就是體系的擴(kuò)散系數(shù)。

在剛才的Discover Analysis對(duì)話(huà)框中，選擇Dynamic目錄下的Mean squared displacement (均方位移)，點(diǎn)擊Define，再點(diǎn)擊按鈕Add to list，添加命名后的水分子軌跡文件，關(guān)閉該對(duì)話(huà)框。回到Discover Analysis，在Choose sets中選中H2O，如下圖所示。然后點(diǎn)擊Analyze開(kāi)始分析。

運(yùn)行結(jié)束后會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)Sketch 1 Disco Mean squared displacement文件夾，激活里面包含Sketch 1.xcd文檔。右擊圖形，選擇Delete Graphs，可將X，Y，Z方向的MSD圖像刪除，留下我們需要的圖像，如下圖。

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