过渡态算例
dft过渡态计算
dft过渡态计算
密度泛函理论（Density Functional Theory，DFT）是一种计算材料和分子性质的量子力学方法，它可以用于计算化学反应的过渡态。
在DFT中，过渡态是通过求解能量最小化问题来确定的。
下面是一个使用VASP进行DFT过渡态计算的基本流程：
1. 准备初始结构和能带计算的初始结构
在DFT过渡态计算中，我们需要先准备一个初始结构，该结构包含反应物和过渡态的结构。
然后，我们需要使用VASP进行能带计算，以得到初始结构的能带结构和波函数。
2. 设置计算参数
在VASP中，我们需要设置DFT计算的参数，包括计算方法、交换相关能泛函、密度泛函等。
此外，我们还需要设置计算的基组、赝势和计算域等。
3. 计算过渡态结构
使用VASP进行DFT过渡态计算需要使用TS search（过渡态搜索）功能。
在TS search中，我们需要设置搜索的路径、初始路径和路径的长度等。
VASP将自动计算路径上的能量和波函数，并找到能量最低的路径对应的过渡态结构。
4. 计算过渡态能量和路径
使用VASP进行DFT过渡态计算可以得到过渡态的能量和路径。
过渡态能量是反应物和过渡态之间的能量差异，可以用来判断反应是否可行。
过渡态路径是从反应物到过渡态的路径，可以用来分析反应的机理。
5. 分析结果
最后，我们需要对DFT过渡态计算得到的结果进行分析。
我们可以比较不同路径的能量和路径长度，以确定最可能的反应路径。
此外，我们还可以分析过渡态结构和路径，以了解反应的机理和动力学过程。
castep过渡态计算
castep过渡态计算
CASTEP是一个用于计算材料的第一性原理密度泛函理论的软件包。
它可以对材料的结构、能带、光学性质等进行计算和分析。
要进行过渡态计算，你可以按照以下步骤进行操作：
1. 准备初始和最终状态的几何结构：首先，你需要准备两个状态的初始几何结构，分别代表起始状态和最终状态。
这些结构可以是从实验数据、文献中获取的，或者通过其他软件进行预测得到的。
确保这些结构已经进行了几何优化，并且能够代表所研究的材料。
2. 运行CASTEP进行能量最小化计算：使用CASTEP对起始状态和最终状态的几何结构进行能量最小化计算。
这将通过优化原子位置来找到使体系能量最低的结构。
在计算过程中，可以选择不同的交换-相关泛函和赝势，以及设置收敛准则和计算参数。
3. 计算过渡态：在得到了起始和最终状态的能量最低结构之后，你可以使用插值方法计算过渡态。
这可以通过在两个状态之间插入中间结构，并依次进行能量最小化计算来实现。
在插值过程中，可以使用线性插值、NEB（nudged elastic band）方法等。
4. 分析结果：完成过渡态计算后，你可以分析过渡态的能垒、反应路径等性质。
这将有助于理解反应机理和动力学过程。
需要注意的是，过渡态计算可能涉及一些复杂的计算和模拟技术，需要一定的理论基础和计算经验。
此外，不同的材料系统和反应类型可能需要使用不同的方法和策略来进行过渡态计算。
因此，在具体操作之前，建议你深入了解相关理论和方法，并参考CASTEP软件包的
文档和教程。
ms 过渡态计算
ms 过渡态计算过渡态计算是一种重要的计算化学方法，它能够帮助我们理解和预测化学反应中的中间态和过程。
通过研究反应物和产物之间的能量变化，我们可以揭示反应的机理和动力学。
在本文中，我们将探索过渡态计算的原理和应用，并说明它对化学研究和应用的重要性。
过渡态是化学反应中的一个关键步骤，它是反应物转变为产物的临界点。
过渡态计算的目标是确定过渡态的结构和能量，并揭示反应的速率和选择性。
通过量化过渡态的能量和构型，我们可以了解反应的难度和倾向性。
过渡态计算的方法有很多种，其中最常用的是密度泛函理论（DFT）和双重杂化方法（如B3LYP）。
这些方法基于量子力学原理，通过求解薛定谔方程来描述分子的电子结构和能量。
通过计算分子的能量和力学性质，我们可以确定过渡态的结构和能量。
过渡态计算的应用非常广泛。
在有机合成中，过渡态计算可以帮助化学家设计和优化合成路线，提高合成效率和选择性。
在催化反应中，过渡态计算可以揭示催化剂的作用机理，指导催化剂的设计和改进。
在生物化学中，过渡态计算可以帮助我们理解酶催化反应的机制，并设计新型药物靶点。
过渡态计算的发展也面临一些挑战。
一方面，过渡态的计算非常复杂，需要大量的计算资源和时间。
另一方面，过渡态的计算结果也受到计算方法和基组的选择的影响。
因此，我们需要不断改进计算方法和开发更准确的模型，以提高过渡态计算的可靠性和准确性。
过渡态计算是一种重要的计算化学方法，它在理解和预测化学反应中起着关键的作用。
通过研究过渡态的结构和能量，我们可以揭示反应的机理和动力学，并指导化学研究和应用。
随着计算方法的不断发展，过渡态计算将在化学领域发挥越来越重要的作用，为我们解决化学问题和挑战提供有力的工具和方法。
过渡态算例
QST2法寻找反应的过渡态25 NovQST2法需要输入分子的起始结构和产物结构，两个分子的原子序号要求一致，否则不能运算。
下面以H3CO和H2COH的制作说明之。
先在Gview中制作H3CO，保存为H3CO.gjf；再制作H2COH，保存为H2COH.gjf。
分别用Edit–>Atom List…打开两个制作的分子模型，Tag那一列就是原子的序号，比较两个分子，发现4和5代表的原子在H2COH中颠倒了，若直接用这样的结构，提交的时候，会给出“Invalid QST2 job! Atom list ordering must be the same for all input geometries! ”错误。
这时，点击Tag列中的4和5，分别改成5和4，然后把这一列按序号重新排一下（Rows–>Sort Selected），保存。
用ultraedit打开两个分子，就可以看到所有原子的坐标（默认是Cartesian坐标，在Gview 中保存的时候，去掉左下角的Write Cartesians的对勾，就可以保存在Z-matrix坐标），拷贝到高斯输入文件中即可。
制作好的输入文件如下：==============================================#T UHF/6-31G(d) opt=QST2 TestH3CO–>H2COH Reactions0,2C 0.00000000 0.00000000 0.00000000H 0.00000000 0.00000000 1.07000001H 1.00880579 0.00000000 -0.35666635H -0.50440269 -0.87365135 -0.35666685O -0.67410884 1.16759007 -0.47666623H3CO–>H2COH Products0,2C 0.0000000 0.0000000 0.0000000H 0.0000000 0.0000000 1.0700000H 0.9277049 0.0000000 -0.5331638H -1.3684675 0.9048960 -0.7874965O -1.0873056 0.0000000 -0.6335117==============================================反应物过渡态产物用Gaussian研究过度态（简明教程，适合零基础，转载+错误更正+重新排版分节）Exploring Chemistry with Electronic Structure Method===================================================输入输出文件介绍---------------------------------------------------输入文件#T RHF/6-31G(d) TestMy first Gaussian job：water single point energy0 1O -0.464 0.177 0.0H -0.464 1.137 0.0H 0.441 -0.143 0.0第一行以#开头,是运行的说明行,#T表示指打印重要的输出部分,#P表示打印更多的信息. 后面的RHF 表示限制性Hartree-Fock 方法,这里要输入计算所选用的理论方法.6-31G(d)是计算所采用的基组,就是用什么样的函数组合来描述轨道.Test 是指不记入Gaussian工作档案,对于单机版没有用处.第三行是对于这个工作的描述,写什么都行,自己看懂就是了.第二行是空行,这个空行以及第四行的空行都是必须的.第五行的两个数字,分别是分子电荷和自旋多重度.第六行以后是对于分子几何构性的描述.这个例子采用的是迪卡尔坐标.分子结构输入完成后要有一个空行.输出文件输出文件一般很长,对于上面的输入文件,其输出文件中,首先是版权说明,然后是作者,Pople 的名字在最后一个.然后是Gaussian读入输入文件的说明,再将输入的分子坐标转换为标准内坐标,这些东西都不用去管.当然,验证自己的分子构性对不对就要看这个地方.关键的是有SCF Done 的一行,后面的能量可是重要的,单位是原子单位,Hartree, 1Hartree = 4.3597482E-18 Joules 或=2625.500 kJ/mol=27.2116 eV;再后面是布居分析,有分子轨道情况,各个轨道的本征值(能量),各个原子的电荷,偶极距.然后是整个计算结果的一个总结,各小节之间用\分开,所要的东西基本在里面了.然后是一句格言,随机有Gaussian 程序从它的格言库里选出的(在l9999.exe 中,想看的可以用文本格式打开这个文件,自己去找,学英语的好机会).[1]然后是CPU 时间,注意这不是真正的运行时间,是CPU 运行的时间,真正的时间要长一些.如果几个工作一起做的话(Window 下好像不可能,Unix/Linix 下可以同时做多个工作),实际计算时间就长很多了.最后一句话,"Normal termination of Gaussian 94"很关键,如果没有这句话,说明工作是失败的,肯定在什么地方出错误了.这是这里应该有出错信息.===================================================计算模型---------------------------------------------------计算化学的方法主要有分子力学理论(Molecular Mechanics)和电子结构理论(ElectronicStr ucture Theory).两者的共同点是：计算分子的能量,分子的性质可以根据能量按照一定的方法得到.进行几何优化,在起始结构的附近寻找具有最低的能量的结构.几何优化是根据能量的一阶导数进行的.计算分子内运动的频率.计算依据是能量的二阶导数.===================================================分子力学理论---------------------------------------------------分子理论采用经典物理对分子进行处理,可以在MM3,HyperChem,Quanta,Sybyl,Alchemy 等软件中看到.根据所采用的力场的不同,分子理论又分为很多种.分子力学理论方法很便宜(做量化的经常用贵和便宜来描述计算,实际上就是计算时间的长短,因为对于要花钱上机的而言,时间就是金钱;对于自己有机器的,要想算的快,也要多在机器上花钱),可以计算多达几千个原子的体系.其缺点是每一系列参数都是针对特定原子得出的.没有对于原子各个状态的统一参数.计算中忽略了电子,只考虑键和原子,自然就不能处理有很强电子效应的体系,比如不能描述键的断裂.电子结构理论这一理论基于薛定鄂方程,采用量子化学方法对分子进行处理.主要有两类：1. 半经验方法包括AM1,MINDO/3,PM3,常见的软件包有MOPAC,AMPAC,HyperChem,以及Gaussian.半经验方法采用了一些实验得来的参数,来帮助对薛定鄂方程的求解.2. 从头算从头算,在解薛定鄂方程的过程中,只采用了几个物理常数,包括光速,电子和核的质量,普朗克常数,在求解薛定鄂方程的过程中采用一系列的数学近似,不同的近似也就导致了不同的方法.最经典的是Hartree-Fock方法,缩写为HF.从头算能够在很广泛的领域提供比较精确的信息,当然计算量要比前面讲的方法大的多,就是贵得多了.密度泛函(Density Functional Methods)密度泛函是最近几年兴起的第三类电子结构理论方法.它采用泛函(以函数为变量的函数)对薛定鄂方程进行求解,由于密度泛函包涵了电子相关,它的计算结果要比HF 方法好,计算速度也快.===================================================一个理论模型,必须适用于任何种类和大小体系,它的应用限制只应该来自于计算条件的限制.这里包括两点：一个理论模型应该对于任何给定的核和电子有唯一的定义,就是说,对于解薛定鄂方程来讲,分子结构本身就可以提供充分的信息.一个理论模型是没有偏见的,指不依靠于任何的化学结构和化学过程.这样的理论可以被认为是化学理论模型(theoretical-model chemistry),简称化学模型(model chemistry).===================================================高斯计算中结构优化所用的原理结构优化的方法一般是先计算出解析能量梯度,即总能量对原子核坐标的微商.再利用共厄梯度法计算步长,其中的关键在于Hessian 矩阵的逆矩阵的构造,我不清楚Gaussian 里具体用什么方法,但是常用的是BFGS方法,再结合GDIIS方法加速收敛.===================================================分子的几何构型(Molecular Geometry)及优化分子的平衡构型(molecular equilibrium geometry)是分子电子能量和核间排斥能量最小时分子的核排列.---------------------------------------------------分子势能一个含有N 个原子核的非线性分子的几何构型可以用3N-6 个独立的核坐标决定,分子的电子能量,U(q1,q2,…,q3N-6)是这些坐标的函数.U = Ee +VNN注意到3 个平移和3 个转动自由度(线性分子的转动自由度为2)对U 是没有贡献的,因此对一个双原子分子,U 的表达式中仅仅保护一个变量,即两个核之间的距离,U(R).对一个多原子分子,U 是每两个原子核之间距离的函数,是分子势能面(potential energy sur face, PES)的一部分.对某一特定的分子核排列下U 的计算被成为单点(single-point)计算,因为这一计算仅仅涉及到分子PES 上的一个点.一个大分子可能在其PES 上有多个极小点,对应于不同的平衡构象和鞍点.分子构象(molec ular conformation)可以通过指定围绕单键的二面角的指得到.在能量极小点处的分子构象称为构型(conformer).---------------------------------------------------几何构型优化从初始几何构型出发寻找U 的极小值的过程称几何构型优化(geometry optimization)或者能量极小化(energy minimization).极小化的算法同时计算U 和U 梯度.在一个局部最小点,U 的3N-6 个偏微分都是0.PES上▽U=0 的点称为稳定点(stationary point)或者判据点(critical point),它可以是极小点,极大点或者鞍点.除了▽U 之外,一些最小化方法使用到U 的二阶偏微分,从而生成Hessian 矩阵,又称为力常数(force constant)矩阵,因为d^2U/Qi^2 = fi 为力常数.如果一个稳定点是电子能量面上的一个极小点,其力常数矩阵的所有特征值都是正值.然而,若一个稳定点是过渡态(transition state, TS),其中一个特征值是负值.---------------------------------------------------Newton-RapsonNewton-Rapson 方法是一种非常有效的寻找多变量函数的局部极小点的算法,它将函数用Taylor 展开到二次项,包括函数的一次和二次微分,并以此作为函数的近似.Quasi-Newton-Rapson计算自洽场(self consistent field, SCF)能量的二阶微分是非常耗时的,因此在优化时经常使用一种修正的方法,即quasi-Newton(或quasi-Newton-Rapson)方法.这种方法在每一步优化中通过计算梯度对Hessian 值进行初始估算.---------------------------------------------------优化方法为了优化几何构型,要先对平衡构型做一个估算,通常使用键长和键角的经验值.此外,我们还要选择好适当的方法和基组,然后就可以在所估算的平衡构型附近进行极小点的搜索了.软件对电子Schrodinger 方程进行求解并得到U 及其在初始构型处的梯度.通过这些数值对H essian 矩阵进行估算,并调整3N-6 个核坐标以得到在初始构型附近但能量更低的新的分子构型.对新构型的U 和▽U 进行计算以继续改进分子坐标使分子构型更接近于极小点.SCF 计算对新的分子构型不断重复,直到▽U 和0 之间的差足够小能满足对极小点的判据(criti a).一般而言,需要进行3N-6 至两倍的SCF 循环次数以找到一个极小点.(Gaussian 默认的循环次数为两倍要优化的变量,有时候对OPT=Tight/Vtight 需要增大循环次数).---------------------------------------------------中间体局域最小点代表反应物,产物或者一个中间体(Intermediate),该中间体在多步反应中是既是一个反应的产物,同时又是另一个反应的反应物.因为反应中间体通常很快被反应掉或者其寿命很短而不能被光谱仪器检测到,中间体结构和能量的计算是计算化学中一个重要的应用. 反应表面为了得到一个完整的反应表面U,假设我们需要在解电子Schrodinger 方程时在反应面上对3N-6 个变量各取约10 个点,这样一共要进行103N-6 个计算.实际上并非如此,我们利用反应面别的重要性质来得到局部最小点和过渡态.对于利用U 表面特征的分析算法可以参照S zabo & Ostlund, Modern Quantum Chemistry, pp. 437 - 458.---------------------------------------------------TS 计算算法为寻找过渡态,在Gaussian 程序中有几种方法可供选择.***************************************************TS在Gaussian 中的OPT=(TS,CalcFC)算法,需要输入一个估计的过渡态结构,该过渡态是反应物和产物之间的一个中间体.CalcFC 指定对初始结构进行Hessian 数值计算(用Ne wton-Rapson 方法),而不是默认地对其二阶微分进行估算(用quasi-Newton-Rapson 方法).这一步骤增加了计算时间,但增大了TS 寻找地成功率.***************************************************QST2另一个Gaussian TS 搜索算法,由OPT=QST2 指定,让程序自己通过反应物和产物的结构计算一个TS 的初始结构.然后Gaussian 用这一初始TS 作为TS 搜索的起始点.***************************************************QST3第三种Gaussian TS 搜索方法,用OPT=QST3 指定,在反应物,产物和用户给定的初始TS 基础上进行搜索.判断一个鞍点和TS 构型,我们需要进行频率计算.如果我们想知道一个鞍点是否是TS构型,并要研究反应机理,需要从鞍点出发,沿U 表面的反应路径分别得到反应物和产物.对一个TS,其虚频所对应的简振模式下的原子位移方向分别指象反应物和产物.当计算出TS 构型和振动频率以及能垒高度后,就可以通过过渡态理论(Transition State Theory)对反应速率进行计算了.***************************************************一阶鞍点如果一个稳定点,即电子能量面上的一个极小点,是一个过渡态TS,其Hessian 矩阵有且仅有一个负特征值.这个一阶鞍点条件意味着TS 的能量在一个方向(负特征值)取得最大值,这一方向即反应坐标方向;而在其它方向上能量都是最小值(正特征值).***************************************************TS 振动模式一个TS 有3N-7(线性分子为3N-6)个标准振动,比正常的分子少一个.负的力常数的物理意义在于,与Hooke 定律所定义的力不同,与TS 虚频v＃相关的力沿反应坐标,指向相反的,朝着产物的方向.频率v＃,沿着反应坐标,是一个虚数.关于TS搜索和优化一般来说直接用OPT=QST2/3或OPT=TS优化过渡态是比较困难的对于到底什么反应应该用QST,什么反应应该用TS我也没有把握,一般做过渡态优化可以用这样的方法.QST2必须输入反应物和产物坐标,Gaussian猜测一个初始的TS坐标,即将二者取平均我觉得对你这种反应不太适合比如你说的这个硅烷脱氢反应,最好先把反应机理弄明白.***************************************************如果假设其机理是通过下面的TS完成的:反应SiH4-->TS-->SiH2+H2,那你就要先选定反应坐标(Reaction Coordinate,RC) 反应坐标是在反应中发生变化的坐标,一般是用内坐标例如这个反应中反应物键角A(H1-Si-H2)从109.5度变到TS处大约60度,产物则更小键长R(H 1-H2)也发生变化,因此这两个坐标都可以设置为RC 选定RC后,可以通过做一potential e nergy profile来找到TS的初始结构即固定该RC,使之慢慢从反应物变化到产物并优化T S在所得到的势能曲线最高点附近. 这时候在势能曲线最高点两边分别取点作为反应物和产物结构做QST2或QST3, 或者直接以所得到的TS初始结构做OPT=TS成功率就大了. 假设一个合理的反应机理对TS搜索非常重要,有的反应可能不止有一个TS,有可能是通过A -->TS1-->A1-->TS2-->...-->P这样的路线完成的,其中A1可以叫中间体这时候每个TS都要分别寻找,并通过反应速率的计算判断哪一步是反应决速步TS搜索和优化是一个非常复杂的问题,不是某个关键词就能解决的.OPT=TS最好和CalcFC联用,前着是用Quasi-Newton-Rhapson方法用U的一阶微分来估算力常数的,可能往往不收敛,CalcFC是用Newton-Rhapson方法直接对二阶微分进行计算来求力常数,加大了计算量,也加大了成功率***************************************************输入QST2需要反应物和产物结构,QST3需要反应物,产物和TS初始结构, TS只需要TS初始结构(通过内禀反应坐标搜索),如:# RHF/6-31G(d) OPT=QST2 Freq Test<blank sentences>Untitled<blank sentences>0 1the configuration of SiH4<blank sentences>Untitled<blank sentences>0 1the configuration of SiH2+H2。
高斯计算过渡态
高斯计算过渡态高斯（Gauss）计算过渡态过渡态是指化学反应中反应物转变为产物的中间状态。
它是反应物与产物之间的一个能量最高点，也是反应速率最快的位置。
在过渡态理论中，高斯计算是一种常用的方法，用于研究并预测化学反应的机理和动力学。
高斯计算是一种基于量子力学原理的计算方法，它基于薛定谔方程，通过数值求解来得到分子的电子结构和能量。
在计算过渡态时，高斯计算可以提供一些重要的信息，如过渡态的结构、能量和振动频率等。
这些信息对于理解反应机理和预测反应速率至关重要。
高斯计算的原理是将分子的电子结构问题转化为求解薛定谔方程的问题。
薛定谔方程描述了电子在分子中的运动，通过求解该方程可以得到分子的波函数和能量。
高斯计算使用基组（basis set）来描述波函数，基组是一组基本函数的线性组合，用于表示波函数的形式。
在计算过渡态时，高斯计算需要首先确定反应物和产物的初始结构，然后通过对过渡态进行几何优化，找到能量最低的过渡态结构。
在几何优化过程中，高斯计算通过调整原子的位置来寻找能量最低的状态，直到达到收敛条件。
高斯计算还可以计算过渡态的振动频率，通过计算过渡态的振动频率可以得到反应的活化能。
活化能是指反应物转变为过渡态所需的能量，它是反应速率的关键因素。
通过计算活化能，可以预测反应的速率常数，从而了解反应的快慢。
高斯计算在研究化学反应机理和动力学中发挥着重要的作用。
通过高斯计算，可以揭示反应的细节和机制，提供分子层面的解释，并为设计和优化催化剂提供指导。
此外，高斯计算还可以用于预测新颖反应的发生性和反应路径，促进新化合物的合成和应用。
高斯计算是一种重要的方法，用于研究化学反应的过渡态。
通过高斯计算，可以得到过渡态的结构、能量和振动频率等重要信息，从而揭示反应的机理和动力学。
高斯计算在研究化学反应机制、催化剂设计和新化合物合成中具有广泛应用前景，对于推动化学科学的发展和应用具有重要意义。
寻找过渡态的方法(ts qst2 qst3)
过渡态简单点说就是化学反应中瞬间形成的高自由能的不稳定复合物，形象点说就是就是反应势能面上的一个鞍点，所谓的找过渡态也就是要找到这个反应势能面上的这个鞍点，这里以DA反应作为例子简单说下我用gaussian找过渡态的经验。
Gaussian里面找过渡态主要有3种方法：TS、QST2以及QST3。
这里套用gaussian手册里的说明。
TS是进行过渡态而不是局部最小值的优化计算。
QST2是使用STQN 方法寻找过渡态结构。
这个选项需要输入反应物和产物分子结构，先后通过两组连续的标题和分子说明部分定义。
注意在这两个结构中的原子顺序必需一致。
TS 不能和QST2 合用。
QST3是使用STQN 方法寻找过渡态结构。
这个选项需要输入反应物，产物和最初的过渡态结构，先后由三组连续的标题和分子说明部分定义。
注意在这三个结构中的原子顺序必需一致。
TS 不能和QST3 合用。
接下来贴出几个例子来说明下TS、QST2和QST3的输入文件该怎么写%chk=c2h4_c4h6_ts%nproc=1%mem=200mb# opt=(ts,calcfc) freq=noraman b3lyp/6-31g*Title Card Required0 1C -0.37960200 1.41026100 0.50972400H -0.06409400 1.04025400 1.48028400H -0.26589500 2.48067200 0.40089100C -1.26020300 0.70558300 -0.28508700H -1.84635800 1.22289600 -1.04415700C -1.26023800 -0.70552500 -0.28508700H -1.84641800 -1.22280900 -1.04415900C -0.37967300 -1.41024700 0.50972300H -0.06414500 -1.04025600 1.48028200H -0.26601500 -2.48066300 0.40088700C 1.45648200 0.69084700 -0.25401700H 1.98402400 1.24692000 0.51079100H 1.29283800 1.24312300 -1.17152100C 1.45645300 -0.69091000 -0.25401800H 1.29278400 -1.24317800 -1.17152200H 1.98396500 -1.24700700 0.51079200qst2%chk=c2h4_c4h6_qst2%nproc=1%mem=200mb# opt=(calcfc,qst2) freq=noraman b3lyp/6-31g*Title Card Required0 1C -3.17791906 1.13289796 -1.01187682H -2.64475531 0.20519304 -1.01187682H -4.24791906 1.13289796 -1.01187682C -2.50264475 2.30787525 -1.01187682H -3.03580850 3.23558018 -1.01187682 C -0.96264475 2.30787525 -1.01187682 H -0.42948100 3.23558018 -1.01187682 C -0.28040135 1.13693077 -1.01187682 H -0.80804382 0.20607449 -1.01187682 H 0.78957977 1.14328807 -1.01187682 C -2.59776413 0.98894279 1.10133233 H -3.14031063 0.06692559 1.12200992 H -3.12699887 1.91846375 1.07302387 C -1.24260873 0.98347968 1.11087410 H -0.70006223 1.90549689 1.09019651 H -0.71337398 0.05395873 1.13918256 Title Card Required0 1C 1.41432400 0.09460100 0.31826800 H 1.42370000 0.10775400 1.42899000 H 2.47445600 0.12780100 0.00402400 C 0.66866000 1.30146700 -0.16992700 H 1.26438900 2.14276400 -0.50621500 C -0.66890700 1.30134300 -0.16992700 H -1.26479300 2.14252900 -0.50621700 C -1.41434600 0.09433800 0.31826600 H -1.42372700 0.10749400 1.42898900 H -2.47448400 0.12734000 0.00402000 C 0.77040400 -1.21422100 -0.17552700 H 1.14229400 -2.05288100 0.44176200 H 1.12544800 -1.41421500 -1.20543600 C -0.77017000 -1.21437000 -0.17552800H -1.12517200 -1.41443600 -1.20543700 H -1.14189800 -2.05310200 0.44176200 qst3%chk=c2h4_c4h6_qst3%nproc=1%mem=200mb# opt=(calcall,qst3,noeigentest) freq=noraman b3lyp/6-31g* Title Card Required0 1C -3.17791906 1.13289796 -1.01187682 H -2.64475531 0.20519304 -1.01187682 H -4.24791906 1.13289796 -1.01187682 C -2.50264475 2.30787525 -1.01187682 H -3.03580850 3.23558018 -1.01187682 C -0.96264475 2.30787525 -1.01187682 H -0.42948100 3.23558018 -1.01187682C -0.28040135 1.13693077 -1.01187682 H -0.80804382 0.20607449 -1.01187682 H 0.78957977 1.14328807 -1.01187682 C -2.59776413 0.98894279 1.10133233 H -3.14031063 0.06692559 1.12200992 H -3.12699887 1.91846375 1.07302387 C -1.24260873 0.98347968 1.11087410 H -0.70006223 1.90549689 1.09019651 H -0.71337398 0.05395873 1.13918256 Title Card Required0 1C 1.41432400 0.09460100 0.31826800 H 1.42370000 0.10775400 1.42899000 H 2.47445600 0.12780100 0.00402400 C 0.66866000 1.30146700 -0.16992700 H 1.26438900 2.14276400 -0.50621500 C -0.66890700 1.30134300 -0.16992700 H -1.26479300 2.14252900 -0.50621700 C -1.41434600 0.09433800 0.31826600 H -1.42372700 0.10749400 1.42898900 H -2.47448400 0.12734000 0.00402000 C 0.77040400 -1.21422100 -0.17552700 H 1.14229400 -2.05288100 0.44176200 H 1.12544800 -1.41421500 -1.20543600 C -0.77017000 -1.21437000 -0.17552800 H -1.12517200 -1.41443600 -1.20543700 H -1.14189800 -2.05310200 0.44176200 Title Card Required0 1C 0.39335100 -1.40752200 0.50945100 H 0.07415700 -1.04074500 1.48001500 H 0.28923500 -2.47884000 0.39989000 C 1.26702700 -0.69422900 -0.28512700 H 1.85846600 -1.20567200 -1.04409200 C 1.25346800 0.71680900 -0.28478600 H 1.83499300 1.23987800 -1.04346600 C 0.36574900 1.41309100 0.50971100 H 0.05414500 1.04053600 1.48056200 H 0.24248700 2.48246500 0.40066900 C -1.45041500 -0.70335800 -0.25427100 H -1.97290400 -1.26432600 0.51044000 H -1.28115600 -1.25385900 -1.17177300 C -1.46240700 0.67835900 -0.25370700 H -1.30467900 1.23254800 -1.17112400H -1.99537500 1.22910700 0.51125200这里需要注意下反应物的构型以及产物的构型都必须是优化过的。
过渡态反应路径的计算方法及相关问题
过渡态反应路径的计算方法及相关问题过渡态反应路径的计算是化学领域中的重要研究方向之一。
通过理解和计算过渡态反应路径，我们可以更好地理解反应机理、预测反应速率和优化催化剂等方面的问题。
本文将介绍一些常用的过渡态反应路径计算方法，并探讨与之相关的问题。
一、过渡态反应路径的计算方法1. 颜色指数法颜色指数法是一种常见的计算过渡态反应路径的方法。
该方法基于反应物和产物的颜色差异，通过可见光吸收光谱分析来确定过渡态的存在与否。
通过测量吸收峰的位置和强度，可以确定过渡态的反应路径。
2. 动力学方法动力学方法是计算过渡态反应路径的常用方法之一。
该方法通过实验观察物质在不同温度下的反应速率，来获得反应物到产物之间的激活能和反应路径。
常用的动力学方法包括Arrhenius方程和瞬态反应动力学等。
3. 量子化学计算方法量子化学计算方法是一种基于量子力学理论的计算过渡态反应路径的方法。
通过计算反应物和产物之间的势能面和振动光谱，可以确定过渡态的存在和反应路径。
常用的量子化学计算方法包括密度泛函理论和分子力学模拟等。
二、相关问题的讨论1. 过渡态的能量计算过渡态的能量计算是计算过渡态反应路径的关键步骤。
准确计算过渡态的能量可以提供反应物转化为产物所需的激活能信息。
这需要使用高精度的量子化学计算方法，并考虑溶剂效应和零点能等因素的影响。
2. 路径搜索算法路径搜索算法是计算过渡态反应路径的另一个重要问题。
由于反应物和产物之间可能存在多个反应路径，需要寻找最低能量的路径。
常用的路径搜索算法包括伸缩内坐标法、线性配位搜索法和改进的克拉米法等。
3. 动力学和热力学性质计算过渡态反应路径还涉及到动力学和热力学性质的研究。
动力学性质主要包括反应速率常数和活化能等，可以通过实验数据和量子化学计算来得到。
热力学性质则涉及到反应的热力学稳定性和平衡常数等，可以通过热力学计算和统计力学模拟来得到。
4. 催化剂的作用催化剂在过渡态反应路径中起着重要的作用。
高斯计算过渡态
高斯计算过渡态高斯计算过渡态随着计算化学的发展，人们能够越来越多地利用计算机来模拟化学反应和过渡态，因而研究过渡态的计算方法也日益成熟。
其中一种常用的计算方法便是高斯计算。
本文将着重讨论高斯计算在计算过渡态中的应用。
一、高斯计算方法介绍高斯计算是指利用电子结构理论和分子模拟理论的方法，通过计算得到化学反应体系中的各种量，如化学键能、反应活化能、分子几何结构等等。
高斯计算方法的第一步是构建待计算的分子体系，并为体系选择适当的波函数和基组。
其次，使用适当的数值方法和计算算法求解能量、几何结构、电子云密度、反应热力学等信息。
这些信息可以用于预测反应机理和分析反应过程中的各种细节。
二、高斯计算在计算过渡态中的应用过渡态是指化学反应过程中的中间状态，既不是反应物也不是产物。
因此，它的计算是十分重要的。
在过渡态计算中，高斯计算是一种常用的方法。
具体地，高斯计算通过搜索反应物和产物之间的最低能量点，并确定此点的几何构型来计算过渡态。
在这种计算中，高斯计算可用于求解反应势能面和反应热力学参数。
据理论计算，可以得到过渡态的结构、能量、振动频率等信息，最终得到反应活化能等参数。
三、高斯计算过渡态的优缺点高斯计算方法在计算过渡态时具有很多优点。
首先，它的计算非常精确，而且计算速度也非常快。
其次，高斯计算可以观察分子结构和电荷分布的变化，揭示化学反应的实质。
此外，高斯计算还可以进行大量模拟实验，帮助研究人员进行更多的预测和分析。
当然，高斯计算过渡态也存在一些不足之处。
例如，它的计算精度是受计算条件和体系尺寸限制的。
此外，基组的选择、求解算法和初始条件等因素也会影响计算结果的精度。
总之，高斯计算是一种非常有用的计算方法，特别是在化学反应过渡态计算中的应用。
尽管其存在一些缺点，但高斯计算通过可靠的算法和极高的计算精度，便成为了化学反应过渡态计算的最佳选择之一。
cp2k 过渡态计算 例子
cp2k 过渡态计算例子以CP2K过渡态计算为例，以下列举了10个符合要求的内容：1. CP2K是一种基于密度泛函理论的计算软件，用于模拟和预测原子、分子和凝聚态系统的性质。
它可以用于研究化学反应的过渡态，即反应物到产物之间的中间状态。
2. 过渡态计算是研究化学反应机理和动力学的重要手段。
利用CP2K进行过渡态计算，可以得到反应的势能面、能垒、反应速率等关键信息，有助于理解和优化化学反应过程。
3. CP2K软件提供了多种方法和算法，可以用于过渡态计算。
其中比较常用的方法包括NEB（势能垒）方法、GRRM（广义反应坐标）方法和QM/MM（量子力学/分子力学）方法。
4. NEB方法是一种在势能面上搜索过渡态的方法。
它通过定义一系列中间构型，然后在构型之间进行优化，找到势能最低的过渡态构型。
CP2K中的NEB方法可以在不同的势能函数和约束条件下进行过渡态计算。
5. GRRM方法是一种通过广义反应坐标对过渡态进行描述的方法。
它将反应坐标定义为一组与反应物和产物相关的内坐标。
利用CP2K的GRRM方法可以得到反应的势能面和其它热力学性质。
6. QM/MM方法是一种将量子力学和分子力学相结合的方法，用于模拟大分子体系中的过渡态。
CP2K中的QM/MM方法可以将过渡态所在的区域采用量子力学方法计算，而将其它区域采用分子力学方法计算，从而大大降低计算成本。
7. CP2K软件支持多种密度泛函理论和基组，可以根据需要选择合适的理论和基组进行过渡态计算。
常用的密度泛函理论包括B3LYP、PBE和TPSS，常用的基组包括DZVP、TZVP和Def2-SVP。
8. 过渡态计算的输入文件通常包括反应物和产物的几何结构、计算方法和参数、初始猜测的过渡态构型等信息。
CP2K软件提供了友好的输入文件格式和交互式界面，方便用户进行过渡态计算。
9. 过渡态计算的输出结果包括过渡态构型、势能面、能垒、振动频率等信息。
CP2K软件可以将这些结果以文本或者图形的形式输出，方便用户进行结果分析和可视化。
ms 过渡态计算
ms 过渡态计算过渡态计算是理论化学中的关键研究领域之一，通过计算和模拟物质在化学反应中的过渡态结构和能量变化，可以帮助我们理解和预测反应的机理和动力学过程。
在计算过渡态之前，首先需要确定反应物和产物的结构，然后通过优化计算得到过渡态的结构以及其相对于反应物和产物的能量变化。
过渡态计算方法主要可以分为两大类：一是基于分子轨道理论的方法，如Hartree-Fock(HF)、密度泛函理论(DFT)等；二是基于从头计算(ab initio)的方法，如自洽场方法、多组态自洽场方法等。
在分子轨道理论的方法中，DFT是较为常用和受欢迎的方法之一。
DFT基于Kohn-Sham方程，通过将多电子问题转化为在一个等效的虚拟体系中求解单电子问题来近似求解多电子体系的电子结构。
DFT具有较高的计算效率和适用性，能够对包含数百个原子的大分子进行计算。
在过渡态计算中，DFT可以通过优化得到过渡态的几何结构和能量，然后计算其振动频率来判断是否为真正的过渡态。
从头计算方法是一种基于量子力学原理，通过求解Schrodinger 方程来计算过渡态。
这种方法的精度较高，但计算复杂度也较高，适用于小分子体系和精确计算。
在过渡态计算中，从头计算方法可以通过初始的模拟和优化来得到过渡态的几何结构和能量，并计算相关的振动频率和反应动力学参数。
过渡态计算需要注意的一个关键问题是选择合适的计算模型和基组。
计算模型的选择包括初始构型的确定以及反应路径的设置。
通常情况下，初始构型根据过渡态的对称性和体系的几何构型进行选择。
而反应路径的设置则需要注意反应的形式和自由度的存在。
基组的选择往往是根据计算精度和计算效率进行平衡，常用的基组包括大型基组如在Gaussian和GAMESS软件中常用的6-311+G(d,p)等。
过渡态计算的结果可以帮助我们了解反应机理和动力学过程，并为合理设计新型催化剂和反应路径提供指导。
然而，过渡态计算也面临着一些挑战，如解决过渡态结构选择的问题、计算中的近似和误差以及大分子体系的计算复杂性等。
过渡态、反应路径的计算方法及相关问题
过渡态、反应路径的计算方法及相关问题SoberevaDepartment of Chemistry, University of Science and Technology Beijing, Beijing100083, China前言：本文主要介绍过渡态、反应路径的计算方法，并讨论相关问题。
由于这类算法极多，可以互相组合，限于精力不可能面面俱到展开，所以只介绍常用，或者实用价值有限但有启发性的方法。
文中图片来自相关文献，做了一定修改。
由于本文作为帖子发布，文中无法插入复杂公式，故文中尽量将公式转化为文字描述并加以解释，这样必然不如公式形式严谨，而且过于复杂的公式只能略过，但我想这样做的好处是更易把握方法的梗概，有兴趣可以进一步阅读原文了解细节。
对于Gaussian中可以实现的方法，文中对其在Gaussian中的使用进行了一些讨论，希望能纠正一些网上流传的误区。
虽然绝大多数人不专门研究计算方法，其中很多方法也不会用到，但多了解一下对开阔思路是很有好处的。
文中指的“反应”包括构象变化、异构化、单分子反应等任何涉及到过渡态的变化过程。
“反应物”与“产物”泛指这些过程的初态和末态。
“优化”若未注明，包括优化至极小点和优化至过渡态。
势能面是高维的，但为了直观以及表述方便，文中一般用二维势能面模型来讨论，应推广至高维情况。
限于纯文本格式，向量、矩阵无法加粗表示，但容易自行判断。
目录：1.过渡态2.过渡态搜索算法2.1 基于初猜结构的算法2.1.1 牛顿-拉弗森法(Newton-Raphson,NR)与准牛顿法(quasi-Newton,QN)2.1.2 AH方法(augmented Hessian)2.1.2.1 RFO法(Rational Function Optimization，有理函数优化)2.1.2.2 P-RFO法(Partitioned-RFO)2.1.2.3 QA法(Quadratic Approximation，二次逼近)2.1.2.4 TRIM法(trust-region image minimization，置信区域镜像最小化)2.1.2.5 在高斯中的常见问题2.1.3 GDIIS法(Geometry Direct Inversion in the Iterative Subspace)2.1.4 梯度模优化(gradient norm minimization)2.1.5 Dimer方法2.2 基于反应物与产物结构的算法2.2.1 同步转变方法(synchronous transit,ST)2.2.2 STQN方法(Combined Synchronous Transit and Quasi-Newton Methods)2.2.3 赝坐标法(pseudo reaction coordinate)2.2.4 DHS方法(Dewar-Healy-Stewart，亦称Saddle方法)与LTP方法(Line-Then-Plane)2.2.5 Ridge方法2.2.6 Step-and-Slide方法2.2.7 Müller-Brown方法2.2.8 CI-NEB、ANEBA方法2.3 基于反应物结构的算法2.3.1 最缓上升法(least steep ascent,shallowest ascent)2.3.2 本征向量/本征值跟踪法(eigenvector/eigenvalue following,EF。
dmol3计算过渡态两个虚频
dmol3计算过渡态两个虚频摘要：1.过渡态简介2.过渡态计算方法3.虚频简介4.如何计算过渡态两个虚频5.注意事项正文：过渡态是指在化学反应过程中，分子从一个结构转变为另一个结构的中间状态。
过渡态计算是量子化学领域的重要研究内容，通过计算过渡态，我们可以更好地了解反应过程中的能量变化和原子轨道的重叠情况。
本文将介绍如何使用DMOL3软件计算过渡态的两个虚频。
一、过渡态简介过渡态是反应过程中的一种暂态结构，它连接着反应物的初始状态和产物的最终状态。
通过计算过渡态，我们可以预测化学反应的途径和速率常数。
在过渡态计算中，我们需要关注的一个重要参数是过渡态的能垒，它能反映出反应是否容易进行。
二、过渡态计算方法1.生成过渡态文件：首先，需要对反应物进行几何优化，得到优化后的结构。
接着，在优化结构的基础上，通过一定的方法生成过渡态文件。
2.计算过渡态能量：使用DMOL3软件或其他量子化学计算软件，对生成的过渡态文件进行能量计算。
3.分析过渡态：根据计算得到的能量值，分析过渡态的稳定性，确定反应是否可能发生。
三、虚频简介虚频是指在振动模式中，实际不存在的频率。
在过渡态计算中，虚频可以帮助我们了解反应过程中的原子振动情况。
虚频为零表示反应过程中不存在虚振动，而虚频不为零则表示反应过程中存在虚振动。
四、如何计算过渡态两个虚频1.生成过渡态文件：同上文所述，对反应物进行几何优化，并生成过渡态文件。
2.计算频率：在DMOL3软件中，使用“frequency”命令对过渡态文件进行频率计算。
3.提取虚频：根据计算得到的频率表，筛选出虚频。
4.分析虚频：分析虚频对应的振动模式，了解反应过程中的原子振动情况。
五、注意事项1.反应物需充分优化：反应物的结构优化程度直接影响到过渡态计算的准确性。
2.过渡态文件质量：过渡态文件的生成方法会影响到计算结果，因此需要确保文件质量。
3.虚频解读：虚频的物理意义是反应过程中的原子振动，但并非所有反应都会产生虚频。
由过渡态理论计算反应速率常数
§12.2 过渡态理论（transition state theory）
一、过渡态理论基本论点
1. 反应物到产物必须经过一种过渡状态，即反应物分子活化形 成活化络合物的中间状态，反应物与活化络合物之间能很快 速成化学平衡。
EP EP (rAB , rBC , rCA )
或 EP EP (rAB , rBC , ABC )
这要用四维图表示
§12.2 过渡态理论
现令∠ABC=180°，即A与BC发生共线碰撞， 活化络合物为线型分子
即 EP=EP(rAB,rBC)，就可用三维图表示
180º
A
rAB
B
rBC
3)有的分子在能引发反应的化学键附近有较大的原子团，由 于位阻效应，减少了这个键与其它分子相撞的机会等等。
§12.1 碰撞理论
碰撞理论的优缺点
优点：在反应速率理论的发展中起了很大作用。 对阿伦尼乌斯公式中的指数项、指前因子和阈能都提出了 较明确的物理意义，认为指数项相当于有效碰撞分数，指前 因子A相当于碰撞频率。 它解释了一部分实验事实，理论所计算的速率系数k值与较 简单的反应的实验值相符。
2. 活化络合物又可分解为产物，活化络合物分解步骤为慢步 骤，化学反应速率由活化络合物分解步骤决定，如下式所 示：A + B - C⇔[A • • • B • • • C]≠ → A - B + C
3. 反应物分子间相互作用势能是分子间相对位置的函数，反应 物转化为产物的过程是体系势能不断变化的过程。
碰撞理论是在气体分子动论的基础上在20世纪初发 展起来的。该理论认为发生化学反应的先决条件是反应 物分子的碰撞接触，但并非每一次碰撞都能导致反应发 生。
11-2 过渡态理论
什么是势能面？
Born－Oppenheimer近似： 由于核的质量通常是电子的2000倍以上，所以电子的运动 远快于核的运动，这意味着当核间距离改变时，电子的密度可 以立即适应这一核构型的变化。于是，可以将核视为固定在某 一构型上，然后求解电子的波动方程，从而得到对应于这一核 构型的能量，我们称之为这一核构型的势能。 然后改变核间距，再次求解波动方程得到不同核构型的势 能，当我们获得所有核构型的势能后，即可绘制出关于基元反 应体系的，以核间相对位置为自变量，以势能为因变量的势能 面图。
dE P (r ) F （ : 代表某原子 ） dr
3. 应用经典力学，代入牛顿第二定律
F m a
作数值积分（计算机），得出作为时间的 函数的原子位置：
r r （ t）
即得到粒子（在势能面上）的轨迹 速率 常数。这样的计算方法称轨迹计算法。
K
p
f
*
* f A* f BC
E0 kBT exp RT p
1
f*表示不包含各种零点能和体积项V的分子配分函数， E0为活化络合物与反应物的零点能之差，也即0 K时的活化能
* RT f E0 K c K p * * exp L RT p f A f BC
马鞍点
鞍点Leabharlann R P势能面投影图
将三维势能面投影到平面上，就得到势能 面的投影图。 图中曲线是相同势能的投影，称为等势 能线，线上数字表示等势能线的相对值。
等势能线的密集度表示势能变化的陡度。
化学反应过渡态的计算研究
化学反应过渡态的计算研究化学反应是我们日常生活中的常见现象。
在我们使用各种化学制品和药品的背后，都隐藏着各种化学反应的过程。
化学反应的过渡态是指反应中物质结构处于临界状态的状态，这个状态对于反应的速率和动力学参数都有很大影响。
如何计算化学反应的过渡态，一直是化学研究中的重要问题之一。
本文将围绕化学反应过渡态的计算研究展开讨论。
一、什么是化学反应过渡态？在化学反应中，反应物通过吸收外部能量而进入激发态，接着发生粒子碰撞或者是吸收其它分子而形成新的化合物的过程。
在这个过程中，化学反应物的分子处于不稳定状态，这个过程中的中间状态就是化学反应过渡态。
过渡态是反应物和产物之间存在的短暂的状态，能够表示各个原子的位置以及它们之间强度和距离等参数。
从能量角度来看，过渡态处于反应物和产物之间的高能量区域。
二、为什么需要研究化学反应过渡态？有很多化学反应是具有很高难度的，而了解反应的过渡态是解决这些反应难题的必须条件。
其实，化学反应过渡态不仅仅是反应物和产物之间的临时状态或者是一种现象，它实际上是化学系统变化的关键状态，反应物通过化学反应过渡态形成产物。
另外，了解反应过渡态的相关特征有助于我们对反应机理的分析和新物种的合成，从而探讨相关的反应条件和操作方法。
例如，通过计算反应体系活化能，可以确定反应的速率和反应的关键物种，同时，此信息有助于设计新型催化剂的开发。
三、怎样计算化学反应过渡态？计算化学是研究计算模拟和计算机对化学过程和反应的作用等的领域，这里推荐两种计算方法：理论计算方法和实验计算方法。
1. 理论计算方法理论计算方法是一种依赖于理论计算模型的方法，可以通过物理原理、化学原理等基本规律和公式对反应体系的结构和运动进行计算。
包括从头计算、分子动力学模拟、量子力学方法等。
从头计算方法是一种详细计算反应体系原子和分子结构的方法，计算得到反应物转化为产物的能量和反应动力学，对于理论化学研究非常重要。
然而，由于其高计算成本和计算难度较大等原因，该方法现在主要应用于研究一些分子或反应体系小的反应。
ADF教程：搜索过渡态典型案例
ADF搜索过渡态典型案例以F2与CH4的反应作为案例来阐释ADF搜索过渡态的计算过程（文件的下载，见费米科技官网WIKI相同内容文章内有下载链接）。
ADF搜索过渡态一般分为如下几个步骤：1.优化反应物结构；2.猜测反应路径（使用Linear Transit功能，以后简称为LT，让反应物通过某一个或两个参数的线性变化，到达产物）；3.计算Linear Transit得到的最高点（即近似的过渡态“鞍点”）的频率；4.使用Transition State Search（以后简称为TSS）功能搜索真正的精确的过渡态；5.计算TSS得到的过渡态的频率，校验是不是有且仅有一个虚频，并且该虚频对应的振动模式分别向反应物、产物方向振动；6.从过渡态的虚频沿着正负方向振动一帧（或三帧）分别得到倾向反应物和产物的结构，分别优化之，分别得到反应物和产物的稳定结构，并与一开始设想的反应物、产物结构对比，从而确定是单步反应还是多步反应。
1，优化反应物结构：这一步，如果对化学反应有很好的直观感觉，其实可以省略。
例如本例中，直接跳过了该步。
本例中反应物是CH4和F2作为一个超分子来优化，因此要考虑F2的进攻位点等因素。
优化方式可以参考费米科技官网WIKI。
2，猜测反应路径：这一步，对化学直观经验和感觉的要求较高，主要的技术含量也在这里。
猜测的好，计算就不费力气，猜测的不好，就会导致无用的计算太多。
在本例中，我们猜测F2进攻CH4的姿态如下图：我们猜测整个反应发生的过程，是H-F距离和C-F距离同时缩短。
缩短到多少呢？严格的说应该分别优化CH3F和HF才去设置，但事实上，我们只关心鞍点的位置，因此只要末态的键长不太离谱就可以了。
在本例中，我们假定H-F键长和C-F键长分别从现在的值变为0.95和1.20，经过十步完成这个变化。
LT的作用，就是分别在限定这两个键长分别为10个等间距值的情况下，进行几何结构优化！对应的下载的文件名为“LT”。
cp2k 过渡态计算
cp2k 过渡态计算过渡态计算是一种计算化学方法，用于研究化学反应的中间过程。
CP2K 是一种常用的量子化学计算软件，可以用于过渡态计算。
使用CP2K进行过渡态计算的一般步骤如下：1.准备初态和末态的结构文件。
在过渡态计算中，需要准备反应的初态和末态的结构文件，包括原子坐标、总电荷数、总自旋磁矩等。
这些信息可以从实验数据或量子化学计算结果中获取。
2.优化初态和末态的结构。
在过渡态计算中，需要将初态和末态的结构进行优化，以得到较为准确的能量和几何参数。
可以使用CP2K中的几何优化功能，选择合适的优化算法和收敛标准，对初态和末态的结构进行优化。
3.构建过渡态模型。
在得到初态和末态的结构后，需要构建过渡态模型。
过渡态模型包括反应路径上的所有关键点（包括初态、过渡态和末态），以及它们之间的连接线。
可以使用CP2K中的模型构建工具，根据反应的实际情况选择合适的模型参数。
4.进行过渡态计算。
在构建好过渡态模型后，可以使用CP2K进行过渡态计算。
一般使用基于密度泛函理论的计算方法，选择合适的基组和交换-相关泛函。
同时，需要设置合适的截断能和收敛标准等参数。
5.分析计算结果。
在完成过渡态计算后，需要对结果进行分析。
包括过渡态的能量、几何参数、振动频率等，以及反应的活化能、反应速率常数等。
这些结果可以帮助我们更好地理解化学反应的本质和机制。
需要注意的是，过渡态计算是一种较为复杂的计算方法，需要较高的计算资源和专业知识。
同时，由于量子化学计算方法的局限性和模型的简化，计算结果可能存在一定的误差。
因此，在进行过渡态计算时，需要选择合适的计算方法和模型参数，并进行充分的验证和校准。
gaussian 过渡态 算例
gaussian 过渡态算例
高斯过渡态是指化学反应中的一个中间状态，它具有高能量和较短的寿命。
这个概念最早由德国科学家卡尔·弗里德里希·高斯提出，用来解释化学反应发生的机制。
在高斯过渡态理论中，反应物和产物之间的化学键断裂和形成是通过一个能量最高的中间态实现的。
高斯过渡态的形成是一个非常复杂的过程。
在化学反应中，当反应物的键开始断裂时，原子和分子的位置会发生变化，形成一个能量最高的中间态。
这个中间态的能量非常高，因为反应物的键已经断裂，但产物的键还没有形成。
在这个过程中，化学物质的电子重新排列，以适应新的分子结构。
一旦形成高斯过渡态，化学反应就会继续进行，产生最终的产物。
高斯过渡态的存在对于理解化学反应机制非常重要。
通过研究高斯过渡态，科学家可以揭示反应的速率和选择性。
在有机合成中，高斯过渡态的研究可以帮助化学家设计更高效的合成路线，提高产率和纯度。
在催化剂设计中，了解高斯过渡态可以帮助科学家设计更有效的催化剂，降低能量和资源消耗。
除了在化学领域中的应用，高斯过渡态的概念也可以应用于其他领域。
在物理学中，高斯过渡态可以解释粒子在势能曲线上运动时的行为。
在生物学中，高斯过渡态的研究可以帮助科学家了解生物反应的机制，从而开发新的药物和治疗方法。
高斯过渡态是化学反应中的一个重要概念，它揭示了反应物和产物之间的中间状态。
通过研究高斯过渡态，我们可以更好地理解化学反应的机制，并应用于合成化学、催化剂设计和其他相关领域的研究中。
高斯过渡态的研究为我们提供了更深入的了解化学世界的机会，为科学家们带来了更多的发现和创新。
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QST2法寻找反应的过渡态25 NovQST2法需要输入分子的起始结构和产物结构，两个分子的原子序号要求一致，否则不能运算。
下面以H3CO和H2COH的制作说明之。
先在Gview中制作H3CO，保存为H3CO.gjf；再制作H2COH，保存为H2COH.gjf。
分别用Edit–>Atom List…打开两个制作的分子模型，Tag那一列就是原子的序号，比较两个分子，发现4和5代表的原子在H2COH中颠倒了，若直接用这样的结构，提交的时候，会给出“Invalid QST2 job! Atom list ordering must be the same for all input geometries! ”错误。
这时，点击Tag列中的4和5，分别改成5和4，然后把这一列按序号重新排一下（Rows–>Sort Selected），保存。
用ultraedit打开两个分子，就可以看到所有原子的坐标（默认是Cartesian坐标，在Gview 中保存的时候，去掉左下角的Write Cartesians的对勾，就可以保存在Z-matrix坐标），拷贝到高斯输入文件中即可。
制作好的输入文件如下：==============================================#T UHF/6-31G(d) opt=QST2 TestH3CO–>H2COH Reactions0,2C 0.00000000 0.00000000 0.00000000H 0.00000000 0.00000000 1.07000001H 1.00880579 0.00000000 -0.35666635H -0.50440269 -0.87365135 -0.35666685O -0.67410884 1.16759007 -0.47666623H3CO–>H2COH Products0,2C 0.0000000 0.0000000 0.0000000H 0.0000000 0.0000000 1.0700000H 0.9277049 0.0000000 -0.5331638H -1.3684675 0.9048960 -0.7874965O -1.0873056 0.0000000 -0.6335117==============================================反应物过渡态产物用Gaussian研究过度态（简明教程，适合零基础，转载+错误更正+重新排版分节）Exploring Chemistry with Electronic Structure Method===================================================输入输出文件介绍---------------------------------------------------输入文件#T RHF/6-31G(d) TestMy first Gaussian job：water single point energy0 1O -0.464 0.177 0.0H -0.464 1.137 0.0H 0.441 -0.143 0.0第一行以#开头,是运行的说明行,#T表示指打印重要的输出部分,#P表示打印更多的信息. 后面的RHF 表示限制性Hartree-Fock 方法,这里要输入计算所选用的理论方法.6-31G(d)是计算所采用的基组,就是用什么样的函数组合来描述轨道.Test 是指不记入Gaussian工作档案,对于单机版没有用处.第三行是对于这个工作的描述,写什么都行,自己看懂就是了.第二行是空行,这个空行以及第四行的空行都是必须的.第五行的两个数字,分别是分子电荷和自旋多重度.第六行以后是对于分子几何构性的描述.这个例子采用的是迪卡尔坐标.分子结构输入完成后要有一个空行.输出文件输出文件一般很长,对于上面的输入文件,其输出文件中,首先是版权说明,然后是作者,Pople 的名字在最后一个.然后是Gaussian读入输入文件的说明,再将输入的分子坐标转换为标准内坐标,这些东西都不用去管.当然,验证自己的分子构性对不对就要看这个地方.关键的是有SCF Done 的一行,后面的能量可是重要的,单位是原子单位,Hartree, 1Hartree = 4.3597482E-18 Joules 或=2625.500 kJ/mol=27.2116 eV;再后面是布居分析,有分子轨道情况,各个轨道的本征值(能量),各个原子的电荷,偶极距.然后是整个计算结果的一个总结,各小节之间用\分开,所要的东西基本在里面了.然后是一句格言,随机有Gaussian 程序从它的格言库里选出的(在l9999.exe 中,想看的可以用文本格式打开这个文件,自己去找,学英语的好机会).[1]然后是CPU 时间,注意这不是真正的运行时间,是CPU 运行的时间,真正的时间要长一些.如果几个工作一起做的话(Window 下好像不可能,Unix/Linix 下可以同时做多个工作),实际计算时间就长很多了.最后一句话,"Normal termination of Gaussian 94"很关键,如果没有这句话,说明工作是失败的,肯定在什么地方出错误了.这是这里应该有出错信息.===================================================计算模型---------------------------------------------------计算化学的方法主要有分子力学理论(Molecular Mechanics)和电子结构理论(ElectronicStr ucture Theory).两者的共同点是：计算分子的能量,分子的性质可以根据能量按照一定的方法得到.进行几何优化,在起始结构的附近寻找具有最低的能量的结构.几何优化是根据能量的一阶导数进行的.计算分子内运动的频率.计算依据是能量的二阶导数.===================================================分子力学理论---------------------------------------------------分子理论采用经典物理对分子进行处理,可以在MM3,HyperChem,Quanta,Sybyl,Alchemy 等软件中看到.根据所采用的力场的不同,分子理论又分为很多种.分子力学理论方法很便宜(做量化的经常用贵和便宜来描述计算,实际上就是计算时间的长短,因为对于要花钱上机的而言,时间就是金钱;对于自己有机器的,要想算的快,也要多在机器上花钱),可以计算多达几千个原子的体系.其缺点是每一系列参数都是针对特定原子得出的.没有对于原子各个状态的统一参数.计算中忽略了电子,只考虑键和原子,自然就不能处理有很强电子效应的体系,比如不能描述键的断裂.电子结构理论这一理论基于薛定鄂方程,采用量子化学方法对分子进行处理.主要有两类：1. 半经验方法包括AM1,MINDO/3,PM3,常见的软件包有MOPAC,AMPAC,HyperChem,以及Gaussian.半经验方法采用了一些实验得来的参数,来帮助对薛定鄂方程的求解.2. 从头算从头算,在解薛定鄂方程的过程中,只采用了几个物理常数,包括光速,电子和核的质量,普朗克常数,在求解薛定鄂方程的过程中采用一系列的数学近似,不同的近似也就导致了不同的方法.最经典的是Hartree-Fock方法,缩写为HF.从头算能够在很广泛的领域提供比较精确的信息,当然计算量要比前面讲的方法大的多,就是贵得多了.密度泛函(Density Functional Methods)密度泛函是最近几年兴起的第三类电子结构理论方法.它采用泛函(以函数为变量的函数)对薛定鄂方程进行求解,由于密度泛函包涵了电子相关,它的计算结果要比HF 方法好,计算速度也快.===================================================一个理论模型,必须适用于任何种类和大小体系,它的应用限制只应该来自于计算条件的限制.这里包括两点：一个理论模型应该对于任何给定的核和电子有唯一的定义,就是说,对于解薛定鄂方程来讲,分子结构本身就可以提供充分的信息.一个理论模型是没有偏见的,指不依靠于任何的化学结构和化学过程.这样的理论可以被认为是化学理论模型(theoretical-model chemistry),简称化学模型(model chemistry).===================================================高斯计算中结构优化所用的原理结构优化的方法一般是先计算出解析能量梯度,即总能量对原子核坐标的微商.再利用共厄梯度法计算步长,其中的关键在于Hessian 矩阵的逆矩阵的构造,我不清楚Gaussian 里具体用什么方法,但是常用的是BFGS方法,再结合GDIIS方法加速收敛.===================================================分子的几何构型(Molecular Geometry)及优化分子的平衡构型(molecular equilibrium geometry)是分子电子能量和核间排斥能量最小时分子的核排列.---------------------------------------------------分子势能一个含有N 个原子核的非线性分子的几何构型可以用3N-6 个独立的核坐标决定,分子的电子能量,U(q1,q2,…,q3N-6)是这些坐标的函数.U = Ee +VNN注意到3 个平移和3 个转动自由度(线性分子的转动自由度为2)对U 是没有贡献的,因此对一个双原子分子,U 的表达式中仅仅保护一个变量,即两个核之间的距离,U(R).对一个多原子分子,U 是每两个原子核之间距离的函数,是分子势能面(potential energy sur face, PES)的一部分.对某一特定的分子核排列下U 的计算被成为单点(single-point)计算,因为这一计算仅仅涉及到分子PES 上的一个点.一个大分子可能在其PES 上有多个极小点,对应于不同的平衡构象和鞍点.分子构象(molec ular conformation)可以通过指定围绕单键的二面角的指得到.在能量极小点处的分子构象称为构型(conformer).---------------------------------------------------几何构型优化从初始几何构型出发寻找U 的极小值的过程称几何构型优化(geometry optimization)或者能量极小化(energy minimization).极小化的算法同时计算U 和U 梯度.在一个局部最小点,U 的3N-6 个偏微分都是0.PES上▽U=0 的点称为稳定点(stationary point)或者判据点(critical point),它可以是极小点,极大点或者鞍点.除了▽U 之外,一些最小化方法使用到U 的二阶偏微分,从而生成Hessian 矩阵,又称为力常数(force constant)矩阵,因为d^2U/Qi^2 = fi 为力常数.如果一个稳定点是电子能量面上的一个极小点,其力常数矩阵的所有特征值都是正值.然而,若一个稳定点是过渡态(transition state, TS),其中一个特征值是负值.---------------------------------------------------Newton-RapsonNewton-Rapson 方法是一种非常有效的寻找多变量函数的局部极小点的算法,它将函数用Taylor 展开到二次项,包括函数的一次和二次微分,并以此作为函数的近似.Quasi-Newton-Rapson计算自洽场(self consistent field, SCF)能量的二阶微分是非常耗时的,因此在优化时经常使用一种修正的方法,即quasi-Newton(或quasi-Newton-Rapson)方法.这种方法在每一步优化中通过计算梯度对Hessian 值进行初始估算.---------------------------------------------------优化方法为了优化几何构型,要先对平衡构型做一个估算,通常使用键长和键角的经验值.此外,我们还要选择好适当的方法和基组,然后就可以在所估算的平衡构型附近进行极小点的搜索了.软件对电子Schrodinger 方程进行求解并得到U 及其在初始构型处的梯度.通过这些数值对H essian 矩阵进行估算,并调整3N-6 个核坐标以得到在初始构型附近但能量更低的新的分子构型.对新构型的U 和▽U 进行计算以继续改进分子坐标使分子构型更接近于极小点.SCF 计算对新的分子构型不断重复,直到▽U 和0 之间的差足够小能满足对极小点的判据(criti a).一般而言,需要进行3N-6 至两倍的SCF 循环次数以找到一个极小点.(Gaussian 默认的循环次数为两倍要优化的变量,有时候对OPT=Tight/Vtight 需要增大循环次数).---------------------------------------------------中间体局域最小点代表反应物,产物或者一个中间体(Intermediate),该中间体在多步反应中是既是一个反应的产物,同时又是另一个反应的反应物.因为反应中间体通常很快被反应掉或者其寿命很短而不能被光谱仪器检测到,中间体结构和能量的计算是计算化学中一个重要的应用. 反应表面为了得到一个完整的反应表面U,假设我们需要在解电子Schrodinger 方程时在反应面上对3N-6 个变量各取约10 个点,这样一共要进行103N-6 个计算.实际上并非如此,我们利用反应面别的重要性质来得到局部最小点和过渡态.对于利用U 表面特征的分析算法可以参照S zabo & Ostlund, Modern Quantum Chemistry, pp. 437 - 458.---------------------------------------------------TS 计算算法为寻找过渡态,在Gaussian 程序中有几种方法可供选择.***************************************************TS在Gaussian 中的OPT=(TS,CalcFC)算法,需要输入一个估计的过渡态结构,该过渡态是反应物和产物之间的一个中间体.CalcFC 指定对初始结构进行Hessian 数值计算(用Ne wton-Rapson 方法),而不是默认地对其二阶微分进行估算(用quasi-Newton-Rapson 方法).这一步骤增加了计算时间,但增大了TS 寻找地成功率.***************************************************QST2另一个Gaussian TS 搜索算法,由OPT=QST2 指定,让程序自己通过反应物和产物的结构计算一个TS 的初始结构.然后Gaussian 用这一初始TS 作为TS 搜索的起始点.***************************************************QST3第三种Gaussian TS 搜索方法,用OPT=QST3 指定,在反应物,产物和用户给定的初始TS 基础上进行搜索.判断一个鞍点和TS 构型,我们需要进行频率计算.如果我们想知道一个鞍点是否是TS构型,并要研究反应机理,需要从鞍点出发,沿U 表面的反应路径分别得到反应物和产物.对一个TS,其虚频所对应的简振模式下的原子位移方向分别指象反应物和产物.当计算出TS 构型和振动频率以及能垒高度后,就可以通过过渡态理论(Transition State Theory)对反应速率进行计算了.***************************************************一阶鞍点如果一个稳定点,即电子能量面上的一个极小点,是一个过渡态TS,其Hessian 矩阵有且仅有一个负特征值.这个一阶鞍点条件意味着TS 的能量在一个方向(负特征值)取得最大值,这一方向即反应坐标方向;而在其它方向上能量都是最小值(正特征值).***************************************************TS 振动模式一个TS 有3N-7(线性分子为3N-6)个标准振动,比正常的分子少一个.负的力常数的物理意义在于,与Hooke 定律所定义的力不同,与TS 虚频v＃相关的力沿反应坐标,指向相反的,朝着产物的方向.频率v＃,沿着反应坐标,是一个虚数.关于TS搜索和优化一般来说直接用OPT=QST2/3或OPT=TS优化过渡态是比较困难的对于到底什么反应应该用QST,什么反应应该用TS我也没有把握,一般做过渡态优化可以用这样的方法.QST2必须输入反应物和产物坐标,Gaussian猜测一个初始的TS坐标,即将二者取平均我觉得对你这种反应不太适合比如你说的这个硅烷脱氢反应,最好先把反应机理弄明白.***************************************************如果假设其机理是通过下面的TS完成的:反应SiH4-->TS-->SiH2+H2,那你就要先选定反应坐标(Reaction Coordinate,RC) 反应坐标是在反应中发生变化的坐标,一般是用内坐标例如这个反应中反应物键角A(H1-Si-H2)从109.5度变到TS处大约60度,产物则更小键长R(H 1-H2)也发生变化,因此这两个坐标都可以设置为RC 选定RC后,可以通过做一potential e nergy profile来找到TS的初始结构即固定该RC,使之慢慢从反应物变化到产物并优化T S在所得到的势能曲线最高点附近. 这时候在势能曲线最高点两边分别取点作为反应物和产物结构做QST2或QST3, 或者直接以所得到的TS初始结构做OPT=TS成功率就大了. 假设一个合理的反应机理对TS搜索非常重要,有的反应可能不止有一个TS,有可能是通过A -->TS1-->A1-->TS2-->...-->P这样的路线完成的,其中A1可以叫中间体这时候每个TS都要分别寻找,并通过反应速率的计算判断哪一步是反应决速步TS搜索和优化是一个非常复杂的问题,不是某个关键词就能解决的.OPT=TS最好和CalcFC联用,前着是用Quasi-Newton-Rhapson方法用U的一阶微分来估算力常数的,可能往往不收敛,CalcFC是用Newton-Rhapson方法直接对二阶微分进行计算来求力常数,加大了计算量,也加大了成功率***************************************************输入QST2需要反应物和产物结构,QST3需要反应物,产物和TS初始结构, TS只需要TS初始结构(通过内禀反应坐标搜索),如:# RHF/6-31G(d) OPT=QST2 Freq Test<blank sentences>Untitled<blank sentences>0 1the configuration of SiH4<blank sentences>Untitled<blank sentences>0 1the configuration of SiH2+H2。