計算化學的案例
轉：量子化學--在網上求助計算化學問題時的注意事項
網絡的發達便利使得提問變得過于方便，導致了一批懶漢的出現，雖然一方面促進了溝通和交流，卻也使得年輕一批計算化學工作者（尤其是研究生）的平均學術水平有所降低。如果早生20年，或者網絡斷了，那些人找誰問去？
2 不要請求別人幫助干那些應該自己干的事。有時看到有人發這類帖子，甚至內容只有一句“誰能幫我計算XXX？”，這分明是文章作者該干的事，這樣的人臉皮實在太厚，太不把別人當外人。如果自己沒能力做而需要找別人合作，起碼得把回報寫清楚。筆者曾接到不少這類求助，有數次都是對方說不知道怎樣才能實現分析動力學軌跡的xxx特征，我說用VMD的Tcl腳本來實現，并且還把主要原理都說明了，對方卻說自己不會Tcl語言、沒有編程基礎、時間緊迫之類，就讓我幫她們編。這種事我是反感的，在我看來無外乎是給科研的懶惰找借口。不過，筆者還是過于心軟，最后都幫她們編了，以后再遇上此事，筆者決心要鐵石心腸毅然拒絕。
3 如果問題是關于程序運行出錯的，別上來就把報錯信息貼出來然后說“XX程序出錯，怎么解決”，要好好閱讀輸出信息。我經常遇到匪夷所思的提問，比如有人問MOPAC程序出現這樣的錯誤怎么辦：
KEYWORD 'ANALYT' CANNOT BE USED HERE: ANALYICAL C.I. DERIVATIVES MUST USE FINITE DIFFERENCES TO CORRECT, REMOVE KEYWORD 'ANALYT' OR ADD 'NOANCI'。程序都清清楚楚地告訴了用戶是什么原因、怎么解決，為什么還要問？
展開 第一性原理、量子化學計算
1，（8月13日-8月16日） LAMMPS動力學實戰班
2，（8月21日-8月24日）第一性原理與vasp實戰班
3，（8月27日-8月30日）量子化學Gaussian理論實踐
4，（9月17日-9月20日）材料模擬實戰課程安排
【主講內容】
一、Lammps基礎與原理
二，Lammps大量實例練習賞析（已發表文章）
三、LAMMPS高級研修及案例操作
一、密度泛函理論基礎 二、催化基礎
三、MS構建表面模型 四、Linux操作命令
五、VASP輸入輸出文件
六、表面吸附 七、過渡態搜索
八、后處理 九、微動力學模擬
十、光催化入門
十一、光催化計算示例
十二、電催化入門
一、計算化學理論及程序入門操作
二、Gaussian基礎操作及實際計算過程
三、Gaussian進階操作及實際計算過程
四、Gaussian計算實踐專題與應用
【咨詢電話】報名聯系方式：
劉娜(老師)
手機： 13311241619
展開 陳義旺、廖勛凡團隊：計算化學助力非富勒烯受體分子的激發態電荷轉移特征研究
針對上述問題，陳義旺教授和廖勛凡特聘教授團隊在前期工作中總結了計算化學在有機太陽能電池應用中的研究進展，有助于理解分子結構-電子性質-器件性能之間的關系 (J. Mater. Chem. C, 2020, 8, 15920)；團隊采用約化密度梯度函數 (RDG) 方法研究了分子間的弱相互作用，從而為三元體系中雙受體的工作機理提供新思路以及為第三組分的選擇提供新的匹配方法 (Mater. Chem. Front. 2020, 4, 1507-1518)；通過拓撲分析和靜電勢 (ESP) 模擬理解同分異構體結構與電子性質的差異，并與器件性能建立內在聯系 (Macromol. Rapid Commun. 2020, 41, 2000454)。在前期工作基礎上，該團隊選擇A-D-A型電子受體IT-4F、DTPC-DFIC以及A-DA’D-A型電子受體Y6為研究對象，系統研究兩類受體材料的光電特性。該工作中，Y6受體的光吸收范圍和能量損失大小介于IT-4F和DTPC-DFIC之間，但其能量轉化效率最佳。計算結果表明，相比于IT-4F和DTPC-DFIC，Y6具有明顯的電子結構特征，如較大的Mulliken電負性、分子極性指數 (MPI) 和靜電勢等。此外，較大的空穴和電子離域指數 (HDI和EDI) 表明Y6具有更有效的電荷分離。三者的激發態電荷轉移方向主要是從中間核指向末端，而Y6反方向的電荷轉移比例高于IT-4F和DTPC-DFIC，為Y6存在多電子傳輸通道提供了理論依據。這項工作不僅為Y6及其衍生物表現出高效光電性能的本征原因提供了新見解，還為新型受體分子的設計和篩選提供理論依據，并進一步加深對OSCs中激發態電荷轉移的理解。
展開 計算化學:如何在云平臺上計算聲子譜
內容摘自北鯤云五月份直播內容【聲子譜的計算、后處理與分析實例】 另有文章【不同壓強下ZnO的聲子譜計算及其收斂性測試】可在發布的內容中查閱。
所有計算皆在北鯤云超算平臺上完成。
計算聲子譜所需軟件：
1 VASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)
結構計算與聲子譜基本計算
2 phonopy 聲子譜的計算與后處理
3 vaspkit 各種后處理
4 Origin，python，matlab 等畫圖軟件
選取標準原胞計算
意義：不容易出錯且節省計算時間嗎，結果比較漂亮
方法：
1 vaspkit-6-602
2 phonopy --symmetry
高精度結構優化
擴胞
原因：VASP直接計算的是Gamma點的聲子情況。
如何擴胞：Phonopy –d –dim=“x x x” –c POSCAR-unitc
擴多大：網傳10A原則
有限差分法/有限位移法/密度泛函微擾理論
后處理：繪制聲子譜圖
提取力常數：
命令：phonopy --fc vasprun.xml
調整控制文件
name.conf M_NAME = l Cr DIM = 2 2 1 BAND = 0.500 0.000 -0.333 0.000 0.000 0.000 0.000 0.667 0.000 FORCE_CONSTANTS = READ BAND_POINTS = 51 #BAND_LABELS = X $\Gamma$ L #DOS = .TRUE.
展開 
4月23-26日 北京 | Fluent燃燒及化學反應流計算理論與工程應用專題
4、部分預混燃燒模型基本原理及設置過程
5、EDC模型基本原理及設置過程
6、提高燃燒仿真計算效率及收斂性的的一些技巧
7、選擇合適的燃燒模型
實例3：利用ED、EDC、有限速率模型計算Flame-D
實例4：預混模型模擬燃燒
實例5：氣體燃燒室非預混燃燒模擬
實例6：燃燒室部分預混燃燒模擬
Fluent化學反應及表面反應模型
掌握Fluent中化學反應模型使用方法及選取原則
慢速化學反應模擬過程基本方法及流程
層流有限速率模型基本原理及設置過程
概率密度函數輸運模型基本原理及設置過程
表面反應模型基本原理及設置過程
化學反應動力學模型及化學反應機理文件生成
ISAT理論及其在化學反應計算中的應用
實例7：化學氣相沉積（CVD）過程仿真計算
實例8：甲烷催化燃燒模擬計算
實例9：SNCR脫硝過程模擬計算
Fluent離散相反應及噴霧模型
掌握利用Fluent中的離散相反應模型及噴霧模型仿真工程中的顆粒反應問題
展開 9月10日計算化學專題研修
9月10日計算化學專題研修
服務器主要用于 計算化學/材料模擬、分子動力學、機器學習
主要用到的軟件 vasp、quantum espresso、cp2k、lammps等
Materials Studio 計算溶解度參數
計算背景：
化學物質的溶解度參數在石油化工行業應用廣泛。比如在油田化學領域，為了保護油層，防止聚合物油田化學劑可能引起的油層污染，因此在選擇聚合物或者溶劑時，都應事先考慮它們的水溶性或酸可溶性，這就要求必需了解它們的溶解度參數。
化學物質溶解度參數是決定化學物質是否相容的重要因素，因而決定了它在油田化學領域中的重要性。獲得化學物質溶解度參數的通常做法是查閱化學手冊或者直接實驗，然而，相當多的化學物質是化學手冊中所沒有的，而做實驗既費時又費力，還消耗大量的實驗經費。因此通過計算機模擬計算化學物質的溶解度參數來解決工業應用問題是一個非常好的選擇。
主要步驟：
（1）利用Materials Studio（MS）或其他軟件畫出待計算化學物質的分子模型，使用Packmol進行盒子構建；
（2）MS的Forcite板塊中的“結構優化”程序對步驟（1）中的結構進行多次計算，得到合理的優化結構；
（3）MS的Forcite板塊中的“退火”程序模擬實際情況下的溫度變化，松弛分子間相對位置，對步驟（2）中經能量最小化處理的數據結構文件進行進一步優化；
（4）MS的Forcite板塊中的“動力學”程序對步驟（3）中所建立的待計算化學物質依次在NPT和NVT情況下進行合理時長的動力學優化，得到分子動力學軌跡文件；
（5）MS的Forcite板塊中的“內聚能密度”程序分析上述動力學軌跡文件。計算完成后即可得到有溶解度參數的數據。
總結：
可將最后得到的結果相互對比，某些個物質在某一溫度下溶解度參數相近，即為具有較好的相容性。實際實驗中可將該物質在該溫度下進行混合，理論上所得混合物在其他溫度下具有更好的相容性。
展開 【9月4日-9月7日 北京】Fluent燃燒及化學反應流計算理論與工程應用專題
一、給方法解決以下關鍵問題：
1、仿真分析結果主要在于經驗積累，12年以上工程應用專家帶你答疑解惑
2、有效掌握Fluent燃燒及化學反應流計算理論與工程方法+實操模型訓練
3、所有實例緊緊圍繞Fluent燃燒及化學反應流計算理論與工程為核心目標，進行實操模擬訓練
二、18個實例模型貼近工程實戰操作：
實例01：煙道氣擴散過程計算
實例02：氣體燃燒室燃燒計算
實例03：使用zimont完全預混模型模擬燃燒
實例04：煤粉燃燒模擬
實例05：同軸燃燒室部分燃燒模擬
實例06：PDF燃燒模擬
實例07：化學氣相沉積（CVD）過程仿真計算
實例08：甲烷催化燃燒模擬計算
實例09：SNCR脫硝過程模擬計算
實例10：內燃機液滴燃燒模擬
實例11：焦炭多步反應過程模擬
實例12：煤粉顆粒燃燒
實例13：霧化噴嘴噴霧過程模擬
實例14：真空輻射模擬
實例15：玻璃房采暖過程模擬
實例16：燃燒模型+輻射模型聯合模擬
實例17：用Moss-Brookes方法模擬煙灰生成模擬
實例18：氣體燃燒爐內污染物形成模擬計算
三、本質問題與差異化：
1、工程案例積累：專注CAE仿真計算，有大量的工程案例
2、關注計算結果：把仿真分析結果運用到產品中是核心理念
3、師資與專屬權：7000+多學員反饋、提煉的精選內容與實例，形成版權課程體系
4、問題響應參與：自主師資與合伙人模式，可直接對接客戶問題，即時做出響應
5、效果保障措施：所有學員提供高配筆記本、模型、電子資料、操作軟件
四、增值服務：
持本人學生證或教師證享有9折優惠；
一個單位同時報名2人享有9折優惠；
一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠
展開 云計算深度挖掘“創新潛力”，北鯤云深耕生命科學領域
面對快速發展的當今社會，唯有借助尖端技術，才能取得革命性的突破，從而助推人類社會不斷超前發展，而云計算技術，無疑就是這樣一種尖端技術。深圳北鯤云計算有限公司（以下簡稱 “北鯤云”）認為，云計算技術的強大之處，不僅僅在于突出的實用功能，以及內斂的創新力量等方面。更體現在于其較為廣泛的適應力之上，能夠運用于許多行業，并且發揮重要價值。譬如說，時下大熱的生命科學、生物制藥領域當中，就經常出現云計算技術的身影。
解決數據難題，提供藥物治療“最優解”方案
北鯤云指出，云計算技術“不務虛、只務實”，在生命科學領域成功取得了實打實的傲人成績。譬如，基因技術可以對孕婦進行無創傷的產前先天遺傳缺陷檢測，并且根據基因特征片段提早預防癌癥。但很顯然，基因數據的產出量無疑是一個“天文數字”，并且一直保持增長狀態。常規測序儀無法承擔如此數量級的管理任務，并且對計算力擁有很高的要求。在這種情況之下，必須要依靠云計算技術的幫助，才能真正為萬千用戶提供藥物治療的“最優解”方案。此外，云計算技術還將在“蛋白設計”年代當中，持續發揮創新價值，讓人類得以從最微觀的地方解釋各種疾病發生的實質原因。
如今，北鯤云基于基因測序、靶標發現、虛擬篩選、分子動力學模擬等應用場景，為生命科學行業用戶提供一站式的生物信息學及計算化學領域整體解決方案，切實解決棘手的數據難題，助推基因技術領域不斷發展。
解決使用痛點問題，切實做到“想用戶之所想”
為了能夠幫助生物科學領域的廣大客戶，切實解決各種使用過程當中的各種痛點問題，北鯤云針對性地優化服務方案，推出了許多創新措施。譬如，服務一體化功能，可提供從數據、軟件到算力的全流程服務，為用戶打造一體化的生物信息、計算化學等科研環境；硬件自動更新功能，接入北鯤云資源后，硬件持續更新，用戶可實時調用最新硬件資源。
展開 北鯤云計算：為藥企研發的飛速發展提供助力
基于這些真實存在的問題，北鯤云研發團隊專門研發了北鯤云計算平臺。來為用戶提供從數據、軟件到算力的全流程服務，打造專業一體化的生物信息、計算化學等科研環境。同時，為了提高工作效率北鯤云超算平臺還預裝了300+行業主流應用軟件。無需手動安裝開箱即用且兼容多種作業模式，省時省力。更值得一提的是，接入北鯤云資源后，由于硬件更新及時用戶能快速的獲取生物信息。由于北鯤云計算的先進技術引領，那些傳統的數據問題都將統統被解決。
目前，北鯤云計算平臺還在不斷創新技術，為生命科學領域提供更強有力的支持和幫助。加快實驗進程成果轉化，將來更好地造福人類，促進生命科學不斷向前發展。
展開 
Discovery Studio 藥物發現與生物大分子計算模擬平臺
它服務于生命科學領域的實驗生物學家、藥物化學家、結構生物學家、計算生物學家和計算化學家。為科學家提供易用的生物大分子模擬和藥物設計工具。通過高質量的圖形、多年驗證的技術以及集成的環境，Discovery Studio（DS）將實驗數據的保存、管理與專業水準的建模、模擬工具集成在一起，為研究隊伍的合作與信息共享提供平臺。
Discovery Studio的主要模擬功能：
· 生物大分子：蛋白/核酸的序列分析、蛋白進化分析、蛋白質三維結構的預測與模擬、蛋白質結構表面電荷分析及pKa值預測、膜蛋白的結構預測與模擬、抗體的設計與分析、蛋白理性設計、丙氨酸掃描（computational alanine scanning）、核酸的設計與模擬、蛋白聚集效應預測、蛋白（核酸）-蛋白（核酸）相互作用、X-ray晶體結構解析等
· 計算化學：分子力學計算和分子動力學模擬、量子力學/分子力學（QM/MM）計算等
· 基于靶標結構藥物設計：配體-靶標相互作用（分子對接）、全新藥物設計、me too， me better藥物設計、分子對接、基于結構的虛擬篩選、基于片段的藥物設計等
· 基于配體藥物設計部分：完全基于配體的藥效團設計、基于配體-受體復合物的藥效團設計、化合物數據庫的構建和篩選、藥效團數據庫的構建與保存、定量構效關系（QSAR/QSPR）、基于MMP的SAR分析等
· 有機小分子：虛擬組合化學庫的設計與分析、類藥性篩選、化合物構象搜索和分析、化合物ADMET性質預測等
· DS的應用領域：以小分子化合物、生物大分子的設計與模擬為核心，應用領域涵蓋藥物、化學、生物三大學科，研究領域包括：疾病的發病機理研究、新藥發現和設計、生物信息學、結構生物學、酶學、免疫學、病毒學、蛋白質工程、腫瘤研究等。
展開 北鯤云超算平臺——讓科技更好地服務于用戶
（如圖）
通過北鯤云一站式的生物信息學及計算化學領域整體解決方案，北鯤云超算平臺成功完成了某上市藥企CADD部門云計算項目。該藥企CADD部門項目增長迅速，每年需對數千化合物進行分子對接及結合自由能計算，需要使用Schrodinger及Cresset FLARE等商業軟件，但企業內部大部分GPU卡為Nvidia P100及更早的加速卡，計算規模擴張速度遠遠跟不上項目增長速度，急需解決計算資源問題。
通過接入北鯤云超算平臺，使用專屬計算區將該客戶同其它SaaS客戶隔離，云上VPC將該用戶所屬的儲存、計算及網絡等資源完全隔離，并在用戶專屬計算區內部署FLARE、Schrodinger 的Agent服務，用戶直接在本地電腦使用 FLARE、Schrodinger的圖形界面觸發云上分子對接，結合自由能FEP計算，計算結果實時同步至圖形界面。
最終，該藥企CADD部門并行調動200-400 Nvidia v100卡，將計算時間從數周降至2小時，計算效率提高數百倍，項目運算周期縮短，加速新品上市速度。
在生命科學領域，北鯤云超算平臺還有很多成功案例，這里就不再一一列舉了，云計算作為新行業，其使用成本再初始階段都會相對昂貴，但北鯤云這樣的平臺，在加速云計算發展的同時，也很好地兼顧了用戶的使用成本問題。讓科技更好的為用戶服務。
展開 清華張強Materials Today綜述： 理論與實驗在鋰硫電池中結合應用的現狀及未來展望
計算化學與計算材料學等方法的興起則為鋰硫電池的研究提供了新的機遇，并已經取得了一些初步的成果。
【成果簡介】
近日，清華大學化學工程系張強教授課題組受邀在國際頂尖期刊Materials Today上發表了題為“Combining Theory and Experiment in Lithium–Sulfur Batteries: Current Progress and Future Perspectives”的綜述文章。該綜述系統地總結了理論計算與實驗表征在鋰硫電池中的綜合應用，從X-射線衍射、拉曼光譜、紅外光譜、X-射線吸收光譜、結合能和核磁等方面深入分析了理論與實驗如何進行結合及其困難，為未來鋰硫電池及相關能源儲存與轉換領域結合理論與計算方法，深入揭示其中化學本質提供了重要的指導與研究思路。張強教授和美國加州大學伯克利分校材料工程系的Kristin A. Persson教授為本文的（共同通訊）作者，第一作者為清華大學化學工程系陳翔博士，第二作者為美國加州大學伯克利分校材料工程系侯廷政博士。
【圖文導讀】
圖 1. 常用計算方法及其在鋰硫電池中應用總結
圖 2. 理論與實驗之間的典型差異
（a）理論與實驗之間差異的具體實例；
（b）一個關于理論與實驗關系的錯誤范例。經驗表明需要辯證地看待二者的優缺點。
圖 3. 理論與計算在XRD表征方面的結合
（a）實驗表征及計算模擬所得的Li2S2的XRD圖譜；
（b）Li2S2晶體結構；
（c）實驗與計算所測定的Li2S2晶體結構參數比較（紅色：計算；黑色：實驗）。
圖 4. 理論與計算在拉曼光譜表征方面的結合
理論計算的四氫呋喃溶液中：（a，b）多硫離子和多硫自由基的拉曼光譜；實驗測定的（c，d）放電和充電過程中，不同電壓下的原位拉曼光譜。
圖 5.
展開 gaussian-cp2k-lammps-reaxff 專題
關于舉辦“CP2K從頭算分子動力學、Gaussian量子化學、LAMMPS分子動力學、ReaxFF反應力場”系列專題培訓的通知
https://mp.weixin.qq.com/s/FqCX-NJGbX5-fpZ7royMJA
一、 培訓背景：
CP2K是一款較為強大的AIMD計算程序，免費開源，可高效并行。由于CP2K在做DFT時可以速度非常快地計算成千上萬個原子的體系，因此在大規模模擬體系中經常被一些學者用到。比如計算原子數達到一千原子，計算時間可達到納秒級別，這是非常誘人的！！從CP2K官網可以看到，一些學者已經用它在一些高大上的期刊上發表了研究成果。
Gaussian是做半經驗計算和從頭計算使用最廣泛的量子化學軟件，可研究諸如分子軌道，結構優化，過渡態搜索，熱力學性質，偶極矩和多極矩，電子密度和電勢，極化率和超極化率，紅外和拉曼光譜，NMR，垂直電離能和電子親合能，化學反應機理，勢能曲面和激發能 QM/MM計算等化學領域的許多課題。應用非常廣泛，而且易于上手。
ReaxFF是新一代的分子力場，ReaxFF MD模擬方法已應用于復雜反應過程如熱解、氧化、催化反應等反應機理的研究從而備受關注。這類過程不僅化學反應復雜、且伴隨物理過程的變化，其模擬結果分析也具有挑戰性。目前在材料科學中有著極大的應用前景，幫助設計和開發新材料。
LAMMPS是一款經典的分子動力學軟件，免費開源，可以模擬液態、固態或氣態的粒子的系綜。也可以采用不同的力場和邊界條件來模擬全原子，聚合物，生物，固態（金屬、陶瓷，氧化物），粒狀和粗料化體系。LAMMPS可以計算的體系小至幾個粒子，大到上百萬甚至是上億個粒子。同時lammps代碼可以修改和擴展，可以方便的為之擴展上新特征和功能來匹配課題的個性化需求。
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