Amesp中隐式溶剂模型的使用

2023-09-03 14:16:55 浏览数 (1)

在量子化学计算中,往往需要计算分子在溶液中的性质,这就需要使用到溶剂模型,其主要分为显式溶剂模型和隐式溶剂模型。显式溶剂模型是将具体的溶剂分子排布在溶质分子周围进行计算,耗时较高。而隐式溶剂模型不需要具体的溶剂分子以及其排布方式,只是将溶剂简单地使用一个可极化的连续介质来描述,这种方式耗时不高,且能很容易表现出溶剂的平均效应,因此被大多数量子化学软件广泛采用。

Amesp支持的隐式溶剂模型为COSMO/CPCM,其表达式为:

上式中Aq为溶剂化电荷产生的静电势部分,V为溶质产生的静电势。ε为介电常数,当x=0时为CPCM,而当x=0.5时为COSMO。在Amesp中默认为x=0.5,即为COSMO。

1 基本例子

在Amesp中使用COSMO/CPCM很简单,只需要在关键词行写CPCM即可。默认的溶剂为水,例子为:

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! b3lyp def2-SVP d3bj CPCM opt freq
>xyz 0 1
C                 -1.09929085    0.22458629    0.00000000
H                 -0.74263642   -0.78422372    0.00000000
H                 -0.74261801    0.72898448    0.87365150
H                 -0.74261801    0.72898448  -0.87365150
H                 -2.16929085    0.22459947    0.00000000
end

如果想使用其他溶剂,需要在>pcm模块中设置相关的溶剂,关于Amesp中支持的溶剂可以参考手册中的表12。如需要使用苯作为溶剂,例子为:

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! b3lyp def2-SVP d3bj CPCM
>pcm
 solvent  benzene
end
>xyz 0 1
C                 -1.09929085    0.22458629    0.00000000
H                 -0.74263642   -0.78422372    0.00000000
H                 -0.74261801    0.72898448    0.87365150
H                 -0.74261801    0.72898448  -0.87365150
H                 -2.16929085    0.22459947    0.00000000
end

当想使用的溶剂并不在表12中时,可以使用自定义溶剂,即设置溶剂的介电常数,其方式为在>pcm模块中使用eps关键词进行设置:

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>pcm
 eps  78.3553
end

在进行激发态计算的时候,自定义溶剂中除了要定义介电常数esp,还要定义epsinf,其为折射率的平方,具体的设置方式为:

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! m06-2x def2-SVP CPCM TD
>pcm
 esp  78.3553
 epsinf 1.777849
end
>xyz 0 1
C                 -1.09929085    0.22458629    0.00000000
H                 -0.74263642   -0.78422372    0.00000000
H                 -0.74261801    0.72898448    0.87365150
H                 -0.74261801    0.72898448  -0.87365150
H                 -2.16929085    0.22459947    0.00000000
end

2 其他设置

除了上述的基本例子外,>pcm模块中的关键词还包括cpcmx,nleb等。其中cpcmx是设置公式1的x,默认为0.5,如果想使用其他值(如0.0,即为CPCM),可以通过如下设置:

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>pcm
 cpcmx 0.0
end

nleb控制溶剂化计算过程中Scaled vdW surface的格点数,默认为lv2(110格点/原子),当遇到SCF不收敛以及其他需要更高精度的情况时,可以设置更高的格点数,可以设置的包括lv1(50格点/原子),lv2(110格点/原子),lv3(194格点/原子),lv4(302格点/原子),具体的例子为:

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>pcm
 nleb lv3
end

3 小结

Amesp中的隐式溶剂模型使用很方便,支持基态和激发态的计算,并且支持到解析二阶导数。不过现版本的Amesp暂时只支持极性部分,非极性部分(如SMD)以及其他隐式溶剂模型(如IEFPCM)将在后面的版本中加入。

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