天津大学《量子化学》Gaussian软件简介
Gaussian03软件在有机化学教学中的应用-精选教育文档
Gaussian03软件在有机化学教学中的应用-精选教育文档有机化学是化学、药学等专业一门重要的基础课。
由于原子、分子的电子结构或几何结构为微观结构，无法通过肉眼进行直接的观察，并且微观结构难以用宏观结构进行科学的描述，所以学生很难通过抽象思维对微观结构有一个准确无误的刻画。
如何使学生将抽象的化学知识简单化、形象化，帮助学生理解复杂的有机反应机理，提高学习积极性，这对教师的教学方法和手段有很高的要求。
随着计算机技术的迅猛发展，计算机辅助教学已逐步深入到各化学课程的教学中，部分量子化学软件也逐步开始走进了化学课堂。
这对突破教学难点、提高课堂教学效率有积极的作用。
Gaussian03是目前计算化学领域内最流行、应用范围最广的商业化量子化学计算程序包，最早是由美国卡内基梅隆大学的约翰?波普（John A Pople，1998年诺贝尔化学奖）在上世纪60年代末、70年代初主导开发的。
它是一个量子化学综合软件包，可以进行各种类型的从头算、半经验和密度泛函计算。
它可以预测气相和液相条件下，分子和化学反应的许多性质，包括：分子的能量和结构、过渡态的能量和结构、振动频率、红外和拉曼光谱、热化学性质、成键和化学反应能量、化学反应路径、分子轨道、原子电荷、电多极矩，等等。
面友好（有GaussianView图形界面显示窗口），便于操作。
目前，该软件不仅在科学研究方面发挥了重要的作用，同时也成为有机化学教学中重要的工具。
与传统教学手段相比较，它将抽象的化学知识简单化、形象化，帮助学生理解复杂的有机反应机理，使教学过程变得明了、清晰，提高了学生学习的积极性。
本文根据有机化学的教学特点，介绍Gaussian03软件在教学方面的一些应用。
一、显示分子立体模型在有机化学教学中，让学生掌握的基本思想是“结构决定性质，性质决定用途”。
首先要对分子的结构有充分的认识和理解，这部分既是重点又是难点。
在教学中，通过GaussianView，可以建立显示化合物的3D分子结构，且演示模型有球棍模型、Stuart模型、Sticks模型及金属线模型，使学生既充分地、直观生动地认识了分子结构，又加强了对空间思维、形象思维的培养。
高斯的介绍和使用
AO轨 道
轨道系数 LUMO
注: • 输出的MO系数是未经归一化过的; • 1s, 2s等符号并非真正意义上的AO, 它与计算 所采用的基组 有关. 对于上例, 采用的是6-31G基组, 可知, 对于价层AO是 分裂为两组的, 故对于O原子, 输出的2s和3s 实际上均为价 轨道, 其它类推. • 当基函数较多时, 若只考察前线附近的轨道成 分, 可用关键 词: pop=regular, 此时只给出5个占据轨道和5 个空轨道组成.
距离矩阵
各原子的直角坐标
需核查!
注意:计算结果是以该坐标系为准
需核查!
MO初始猜测
迭代次数 收敛指标
自洽场迭代求解部分
迭代次数 收敛指标
自洽场迭代求解部分
偶极矩及多极矩
对主要计算结果进行总结
分子轨道系数的输出:关键词: pop=full说明: 有时为 了分析MO成分, 则需利用该关键词输出各MO的成 分, 以H2O为例:
Mulliken电荷分布
说明： 电荷的绝对值是没有意义的，其数值受到所用方法, 尤其是 基组的影响较大： 以H2O为例： 方法/基组 B3LYP/STO-3G B3LYP/3-21G B3LYP/6-31G HF/6-31G O H
-0.329 -0.637 -0.705
-0.795
0.165 0.318 0.353
二、安装高斯对计算机的要求
现在的 PC 速度非常快，成本低廉，是使用 Gaussian 的一 个经济实惠的平台。 对稍懂计算机的人我会建议组装一台 Linux 工作站，基本的配备应包括 64 位 Dual-Core CPU， 如 Intel P4 8xxD， 9xxD, Core Duo， 或 AMD Athlon 64X2 等， 2 GB DDR2 667 以上内存， 2 台 200 GB 以上 SATA 硬盘以 弹 性 使 用 Raid 0/1 。 Linux 操 作 系 统 可 选 择 免 费 下 载 之 Fedora Core 4 或 5，Suse 10 等，记得要使用 64 位的版本。 旧的 32 位 PC 也可以用，只是效能上会差很多。接下来要依 照你的系统种类选择适当的 Gaussian 03 版本，请参阅本站 首页。目前 Window XP 的版本 (G03W) 还不能发挥 64 位的 运算效能， 使用上的便利性及功能性也都不如 Linux 的版本
gaussian09 计算旋轨耦合
根据您提供的主题，我将为您撰写一篇关于Gaussian09计算旋轨耦合的文章。
Gaussian09是一个广泛使用的量子化学计算软件，它可以用于研究分子的结构、能量、振动频率等性质。
旋轨耦合是指自旋轨道相互作用，它在研究分子的磁性质和光学性质时具有重要作用。
在本文中，我们将探讨如何使用Gaussian09计算旋轨耦合，以及其在理论化学研究中的应用。
一、Gaussian09简介1. Gaussian09是由Gaussian, Inc.开发的一款用于量子化学计算的软件，它可以进行从量子力学到分子动力学等多种计算。
2. Gaussian09具有强大的功能和灵活的使用方式，广泛应用于理论化学、生物化学、材料科学等领域。
二、旋轨耦合的理论基础1. 旋轨耦合是量子力学中的重要概念，它描述了自旋和轨道运动之间的相互作用。
2. 在分子中，电子的自旋和轨道运动相互作用会导致分子的磁性质和光学性质发生变化，因此对旋轨耦合的研究具有重要意义。
三、Gaussian09计算旋轨耦合的方法1. 在Gaussian09中，可以通过设置适当的计算参数来进行旋轨耦合的计算。
2. 通过在输入文件中指定旋轨耦合的计算方法和相关的分子结构信息，可以使用Gaussian09进行旋轨耦合的计算。
四、旋轨耦合在理论化学研究中的应用1. 旋轨耦合的计算结果可以用于研究分子的磁性质和光学性质，为理论化学研究提供重要的参考数据。
2. 通过对旋轨耦合进行计算和分析，可以揭示分子中电子的运动规律和相互作用机制，为理论化学研究提供重要的理论基础。
五、结论通过对Gaussian09计算旋轨耦合的方法和应用进行探讨，我们可以看到旋轨耦合在理论化学研究中的重要性和应用前景。
使用Gaussian09进行旋轨耦合的计算不仅可以为理论化学研究提供重要的数据支持，也为研究者提供了一个强大的工具和评台，有助于推动理论化学研究的发展。
致力于提供高质量的理论化学研究工具和支持，Gaussian09的不断发展和完善将为理论化学研究提供更多的可能性和机遇。
Gaussian计算软件的使用综述(完整版)
TD相关关键词
• Singlets 只算单重态 • Triplets 只算三重态 • 50-50 单重和三重态各占一半 • Root=N 研究TD计算的第几个激发态Direct
加快计算速度，减小硬盘使用空间 • Read 从Chk文件中读 TD （G03有，好
像G98 A11.2也有） • SOS Do sum-over states polarizabilities,
maxcycle=200,restart) SCF(direct,maxcycle=200) GFINPUT IOP(6/7=3) TEST • • td at 12.26
• 01 • …..
频率或者NMR计算
• #P B3LYP/6-31G* FREQ GFINPUT IOP(6/7=3) TEST
etc.
Gaussian中NBO计算
• # B3LYP/6-31G(d,p) Pop=(NBO, NPA, NBORead)
• Example of NBO bond orders
• 01 • C 0.000000 0.665676 0.000000 • H 0.919278 1.237739 0.000000 • H -0.919239 1.237787 0.000000 • C 0.000000 -0.665676 0.000000 • H -0.919278 -1.237739 0.000000 • H 0.919239 -1.237787 0.000000
• $nbo bndidx file … $end
消除自旋污染
• SCF Done: E(UHF) = -111.945340085 A.U. after 19 cycles
gaussian计算相互作用能
gaussian计算相互作用能【原创实用版】目录1.引言2.Gaussian 计算相互作用能的原理3.Gaussian 计算相互作用能的具体步骤4.Gaussian 计算相互作用能的优点与局限性5.总结正文一、引言在量子化学中，计算分子间的相互作用能是一项重要的研究任务。
Gaussian 是一款广泛应用于量子化学计算的软件，能够有效地计算分子间的相互作用能。
本文将介绍 Gaussian 计算相互作用能的原理、具体步骤以及优点与局限性。
二、Gaussian 计算相互作用能的原理Gaussian 基于密度泛函理论（DFT）计算分子间的相互作用能。
DFT 将电子密度作为基本变量，通过引入交换关联作用，可以有效地描述电子相关性。
Gaussian 使用分组方法将分子划分为不同的组，然后计算每组之间的相互作用能，最后将各组间的相互作用能相加得到总相互作用能。
三、Gaussian 计算相互作用能的具体步骤1.准备输入文件：在计算相互作用能之前，需要首先准备输入文件，包括分子的几何结构、元素种类、轨道类型等参数。
2.运行 Gaussian 软件：将输入文件提交给 Gaussian 软件，软件将自动进行计算。
3.分析输出结果：Gaussian 计算完成后，会生成输出文件，其中包括相互作用能的结果。
需要对输出结果进行分析，提取相互作用能的数值。
四、Gaussian 计算相互作用能的优点与局限性1.优点：Gaussian 计算相互作用能具有较高的准确性和可靠性，可以广泛应用于各种分子体系。
此外，Gaussian 软件操作简便，计算效率较高，适用于大规模计算。
2.局限性：尽管 Gaussian 在计算相互作用能方面具有很多优点，但它仍然有一定的局限性。
例如，对于某些具有较大空间伸展性的分子，Gaussian 计算结果可能存在误差。
此外，Gaussian 计算相互作用能的计算成本较高，对于计算资源有限的研究者而言可能存在一定的限制。
2._Gaussian_09_软件基本介绍
V Vij
2013-7-2
量子力学三大基本理论
分子轨道理论
• R. S. Mulliken和F. Hund
价键理论
• L. C. pauling和slater
密度泛函理论
• Hohenberg和Kohn
2013-7-2 7
密度泛函理论 Density Functional Theory
2013-7-2 24
研究激发态反应
基于卟啉结构的敏化太阳能电池设计
电子的激发态性质 是研究者普遍关心的一 个研究领域，所涉及的 到领域有光化学、光谱 学、生物化学、材料学 等。Gaussian 09 提供多 种激发态计算方法，可 以很好的预测分子或材 料的吸收和发射光谱。
Santhanamoorthi, N. et. al. JPC Lett. 2013, 4, 524
历史悠久
GAUSSIAN 70, The Nobel Prize in Chemistry 1998 J. A. Pople (1925-2004) Gaussian-系列程序 GAUSSIAN 76, GAUSSIAN 80,
GAUSSIAN 82,
GAUSSIAN 86, GAUSSIAN 88,
17
2
3
4
5
2013-7-2
GAUSSIAN 的功能
研究范围 • 各种物质形态，如气相、 液相、固相、多相 • 各种物质形式，如无机 物、有机物、生物分子、 晶体等 • 各种尺度，如分子尺度、 纳米尺度、介观尺度 • 周期性与非周期性体系 • 基态与激发态
研究内容 • 分子的平衡结构及过 渡态结构 • 化学反应机理 • 分子间相互作用 • 分子性质 • 光谱
高斯软件的介绍
题 目：高斯软件的简介 指导老师：徐畅老师 姓 名：马乃宇 学 号：C13201045 专 业：高分子化学与物理专业
Gaussian是一个量子化学软件包，它是目前 应用最广泛的计算化学软件之一，Gaussian 软件的出现降低了量子化学计算的门槛， 使得从头计算方法可以广泛使用，从而极 大地推动了其在方法学上的进展。
4).最简单的关键词输入是#或#p，其含义是采用HF方法和 STO-3G基组计算体系的能量；
能量的计算： 如何计算一个体系的能量是获取分子各种性质的基础，因此 首先来看如何计算体系的能量，即进行单点能计算： (1). 计算方法的选择： g98提供的常用计算方法有： 1) 半经验方法： 关键词：AM1, PM3, CNDO, INDO, MINDO 它们主要用于大的有机分子体系(由上百个原子组成)，一般 对于含金属体系不适用。这些方法只有在特殊场合适用。 2) 从头算(ab initio)方法： HF方法：即基于Hartree-Fock原理的方法 关键词：HF，RHF，UHF，ROHF 说明：I)当关键词为HF时，会自动根据自旋多重度选择 RHF还是UHF； Ii)ROHF为限制性开壳层HF方法，与UHF区别在 此时除了成单电子外，其余的和电子仍配对， 通常该方法得到的能量要较UHF略高。 Iii)HF方法可以看作是最低级的从头算方法，该方 法除了在构型优化时有使用外，不适合计算能量。
(2).基组的选择： 1). 全电子基组： 关键词：sto-3g, 3-21g, 4-31g, 6-21g, 6-31g, 6-311g, d95/d95v 说明：I). 不同的基组适用范围是不同的： STO-3G(H-Xe)；3-21G(H-Xe)；6-21G(H-Cl) 4-31G(H-Ne)；6-31G(H-Kr)；6-311G(H-Kr) D95(H-Cl 除了Na, Mg)；D95V(H-Ne)
Gaussian 高斯使用指南
1.2.1 输入格式 ……………………………………………………………61
1.2.2 输出的解释 ………………………………………………………61
2.高斯中自带的练习 …………………………………………………………64
第六章：单点能计算 ……………………………………………………………64
化学相关领域方面的功能都进行了增强。
1.研究大分子的反应和光谱
Gaussian 03 对 ONIOM 做了重大修改，能够处理更大的分子（例如，酶），可以研究有机体
系的反应机制，表面和表面反应的团簇模型，有机物光化学过程，有机和有机金属化合物的
取代影响和反应，以及均相催化作用等。
ONIOM 的其它新功能还有：定制分子力学力场；高效的 ONIOM 频率计算；ONIOM 对电、
2.3 电子结构理论…………………………………………………………7
第二章 安装和对软硬件的要求 …………………………………………………7
1．软硬件要求………………………………………………………………7
1.1 硬件环境………………………………………………………………7
1.2 操作系统………………………………………………………………8
2.5 工作环境初始化设置…………………………………………………10
第三章 高斯输入文件的创建和程序运行………………………………………11
1．创建输入文件的目的……………………………………………………11
2．常用的创建高斯输入文件的方法………………………………………11
2.1 利用晶体文件产生输入文件…………………………………………11
极化率和超极化率
gaussian 09w计算实例
gaussian 09w计算实例
Gaussian 09W是一种用于计算化学结构和性质的量子化学软件，它可以进行从简单的分子力场计算到复杂的量子力学计算等多种类
型的计算。
下面我将从几个方面介绍Gaussian 09W的计算实例。
首先，Gaussian 09W可以用于分子结构优化。
通过输入分子的
初始几何结构和所需的计算方法，Gaussian 09W可以利用量子力学
方法对分子的结构进行优化，找到最稳定的构型，并给出最低能量
的构型。
其次，Gaussian 09W可以用于计算分子的振动频率和红外光谱。
通过输入优化后的分子结构，Gaussian 09W可以计算分子的振动频
率和红外光谱，从而帮助研究者理解分子内部原子的振动特性和分
子与外界光的相互作用。
此外，Gaussian 09W还可以用于计算分子的电子结构和性质。
通过输入分子的结构信息和所需的计算方法，Gaussian 09W可以计
算分子的电子结构、电离能、电子亲和能等性质，帮助研究者深入
了解分子的电子行为和化学性质。
另外，Gaussian 09W也可以用于计算分子间相互作用和反应动力学。
通过输入反应物和所需的计算方法，Gaussian 09W可以模拟分子间的相互作用和化学反应过程，帮助研究者理解和预测化学反应的动力学行为。
综上所述，Gaussian 09W是一款功能强大的量子化学软件，可以广泛应用于分子结构优化、振动频率和红外光谱计算、电子结构和性质计算以及分子间相互作用和反应动力学等多个方面的计算。
通过合理选择输入参数和方法，研究者可以利用Gaussian 09W进行全面而深入的分子计算研究。
Gaussian简介
Gaussian简介Gaussian简介Gaussian是做半经验计算和从头计算使用最广泛的量子化学软件，可以研究：分子能量和结构，过渡态的能量和结构化学键以及反应能量，分子轨道，偶极矩和多极矩，原子电荷和电势，振动频率，红外和拉曼光谱，NMR，极化率和超极化率，热力学性质，反应路径。
计算可以模拟在气相和溶液中的体系,模拟基态和激发态。
Gaussian 03还可以对周期边界体系进行计算。
Gaussian是研究诸如取代效应,反应机理,势能面和激发态能量的有力工具。
功能①基本算法②能量③分子特性④溶剂模型Gaussian03新增加的内容①新的量子化学方法②新的分子特性③新增加的基本算法④新增功能（1）基本算法可对任何一般的收缩gaussian函数进行单电子和双电子积分。
这些基函数可以是笛卡尔高斯函数或纯角动量函数多种基组存储于程序中，通过名称调用。
积分可储存在内存，外接存储器上，或用到时重新计算对于某些类型的计算，计算的花费可以使用快速多极方法(FMM)和稀疏矩阵技术线性化。
将原子轨(AO)积分转换成分子轨道基的计算，可用的方法有in-core（将AO积分全部存在内存里），直接（不需储存积分），半直接（储存部分积分），和传统方法（所有AO 积分储存在硬盘上）。
（2）能量使用AMBER，DREIDING和UFF力场的分子力学计算。
使用CNDO, INDO, MINDO/3, MNDO, AM1，和PM3模型哈密顿量的半经验方法计算。
使用闭壳层(RHF)，自旋非限制开壳层(UHF)，自旋限制开壳层(ROHF) Hartree-Fock 波函数的自洽场SCF)计算。
使用二级，三级，四级和五级Moller-Plesset微扰理论计算相关能。
MP2计算可用直接和半直接方法，有效地使用可用的内存和硬盘空间用组态相互作用(CI)计算相关能，使用全部双激发(CID)或全部单激发和双激发(CISD)。
双取代的耦合簇理论(CCD)，单双取代耦合簇理论(CCSD)，单双取代的二次组态相互作用(QCISD), 和Brueckner Doubles理论。
Gaussian计算软件的使用
TD相关关键词
• Singlets 只算单重态 • Triplets 只算三重态 • 50-50 单重和三重态各占一半 • Root=N 研究TD计算的第几个激发态ect
加快计算速度，减小硬盘使用空间 • Read 从Chk文件中读 TD （G03有，好
像G98 A11.2也有） • SOS Do sum-over states polarizabilities,
Gaussian 的启动
工作环境初始化设置
G98W 安装后的首次启动时需进行工作环境初始化设置，规定主程序、检 查点文件、输入输出文件等默认子目录和路径。其内容记录在G98W 根目 录下的初始化文件g98w.ini 上。用户可以在启动G98W 前用Notepad 对 该文件直接编辑修改，也可点击“File”下拉菜单中的“Preference”选项在 程序界面上进行设定。下面介绍后一种初始化方式。在主窗口上打开下拉 菜单File
计算速度，减小硬盘使用空间 • Restart 从Chk文件中重新开始 CIS 计算 • Read 从Chk文件中读 CIS • 分析激发态电荷情况 用 • Density=current 或者Density=CIS
接CIS优化
• # CIS(restart)/3-21g* guess=read geom=check POPT TEST
root=1) TEST • CIS 优化 • #P CIS(singlets,Nstates=30, root=1)/6-
31G* POPT FREQ TEST
CIS相关关键词
• Singlets 只算单重态 • Triplets 只算三重态 • 50-50 单重和三重态各占一半 • Root=N 研究CIS计算的第几个激发态Direct 加快
Gaussi an 量子化学计算技术与应用
Gaussi an 量子化学计算技术与应用Gaussian 是做半经验计算和从头计算使用最广泛的量子化学软件，可研究诸如分子轨道，结构优化，过渡态搜索，热力学性质，偶极矩和多极矩，电子密度和电势，极化率和超极化率，红外和拉曼光谱，NMR，垂直电离能和电子亲合能，化学反应机理，势能曲面和激发能 QM/MM 计算等化学领域的许多课题。
应用非常广泛，而且易于上手。
一、理论计算化学理论及相关程序入门1 理论计算化学简介1.1 理论计算化学概述1.2 HF理论及后HF方法(高精度量化方法)1.3 密度泛函理论和方法1.4 不同理论计算方法的优缺点及初步选择1.5 基组及如何初步选择基组2 Gaussian安装及GaussView安装及基本操作2.1 Gaussian安装及设置（Win版和Linux版）2.2 GaussView安装及设置2.3 GaussView使用及结构构建3 Linux、Vi编辑器等及Gaussian基本介绍3.1 学习Linux基本命令及Vi编辑器3.2 详细认识输入文件和输出文件（Win和Linux）3.3 构建Gaussian输入文件并提交任务二、Gaussian专题操作及计算实例4 Gaussian专题操作Ⅰ：（均含操作实例）4.1 结构几何优化及稳定性初判4.2 单点能（能量）的计算及如何取值4.3 开壳层与闭壳层计算4.4 频率计算及振动分析(Freq)4.5 原子受力计算及分析（Force）4.6 溶剂模型设置及计算（Solvent）5 Gaussian专题操作Ⅱ：（均含操作实例）5.1 分子轨道、轨道能级计算及查看5.2 HOMO/LUMO图的绘制5.3 布居数分析、偶极矩等计算及查看5.4 电子密度、静电势计算及绘制（SCF、ESP）5.5 自然键轨道分析（NBO）三、 Gaussian进阶操作及计算实例6 Gaussian进阶操作I：势能面相关（均含操作实例）6.1 势能面扫描 (PES)6.2 过渡态搜索（TS和QTS）6.3 反应路径IRC等6.4 反应能垒：熵，焓，自由能等7 Gaussian进阶操作II：——各类光谱计算及绘制（均含操作实例）7.1 紫外吸收，荧光和磷光7.2 红外光谱IR7.3 拉曼光谱RAMAN7.4 核磁共振谱NMR7.5 电子/振动圆二色谱（ECD/VCD）7.6 外加电场与磁场(Field)8 Gaussian进阶操作III：——激发态专题8.1 垂直激发能与绝热激发能8.2 垂直电离能与电子亲和能8.3 重整化能（重组能）8.4 激发态势能面8.5 激发态能量转移（EET）8.6 自然跃迁轨道（NTO）8.7 激发态计算方法讨论9 Gaussian进阶操作IV：——高精度和多尺度计算方法9.1 多参考态(CASSCF)方法及操作9.2 背景电荷法9.3 ONIOM方法与QM/MM方法及操作9.4 结合能（ Binding Energy ）和相互作用能（包含BSSE 修正，色散修正等）9.5 非平衡溶剂效应及其修正四、 Gaussian计算专题与实践应用10 Gaussian综合专题I：Gaussian报错及其解决方案10.1 如何查看报错及解决Gaussian常见报错10.2 专项：SCF不收敛解决方案10.3 专项：几何优化不收敛（势能面扫描不收敛）解决方案10.4 专项：消除虚频等解决方案10.5 专项：波函数稳定性解决方案11 Gaussian综合专题II：常用密度泛函和基组分类、特点及选择问题11.1 Jacobi之梯下的交换相关能量泛函11.2 常见交换相关泛函优缺点及用法11.3 长程修正泛函、色散修正泛函等11.4 常见基组特点及用法选择（自定义基组等，基组重叠误差等）12 Gaussian文献I: 聚集诱导荧光（AIE）和激发态分子内质子转移（ESIPT）12.1 聚集诱导荧光(AIE)与聚集诱导猝灭（ACQ）12.2 激发态质子转移ESIPT12.3 晶体结构及分子建模12.4 QM/MM与ONIOM计算12.5 重整化能，圆锥交叉及质子转移(文献：Dyes and Pigments Volume 204, August 2022, 110396 )13 Gaussian文献专题II: 热激活延迟荧光(TADF)13.1 热激活延迟荧光TADF机理13.2 分子内能量转移Jablonski图13.3 旋轨耦合与各类激发能13.4 辐射速率、非辐射速率、（反）系间穿越等13.5 评估荧光效率（文献： ACS Materials Lett. 2022, 4, 3, 487–496 ）14 其他量化软件简介及总结Molcas/Molpro, Q-chem, lammps, Momap, ADF, Gromacs等详情：【腾讯文档】Gaussian量子化学、LAMMPS分子动力学课程。
高斯软件的介绍.
(6) g98输入文件编辑时的注意事项： 除了可采用g98所提供的输入文件编辑器来编写 输入文件外， 在更多场合下，是采用其他文本编辑器来编写， 此时应注意 到，在标题部分的前后各有一空行。
2.g98主要功能的使用： g98功能的使用主要由用户所给的关键词(keyword)内容而定， 在输入关键词时注意以下事项： 1).关键词的输入是自由格式，且不区分大小写； 2).当存在多个关键词时，可用空格、逗号来隔开； 3).通常每个关键词有多个选项(option)，若要选择单个或多 个选项时，书写方式有如下几种： keyword = option keyword(option) keyword=(option1, option2, ...) 多个选项时 keyword(option1, option2, ...) 例如：opt=z-matrix，opt(z-matrix)，opt=(z-matrix)三者是 等价的。 opt(z-matrix,maxcycle=20)与 opt=(z-matrix,maxcycle=20)是等价的。 建议统一采用第四种表示方式。
说明： 1.根据不同的任务，某些模块需重复调用多次； 2.通常耗时较多的模块有：L5,L7,L8,L9,L10,L11等，此外， L8~L11这些模块的执行对内存和硬盘的需求较大； 3.若L9999未能正常执行完毕，则表明计算过程存在问题，需 检查之； 4.可根据各个模块的功能，对g98程序进行简化，例如如果用 户通常只用g98进行能量计算，则可只保留L1~6和L9999模块 其它模块可以删除去。
(5)分子构型描述部分： 有三种描述分子构型的方法： a.直角坐标系方法：(适用于全自由度优化情况) 格式为：元素符号 x y z 例如： O -0.464 0.177 0.0 H -0.464 1.137 0.0 H 0.441 -0.143 0.0 说明：1)元素符号大小写均可，也可直接用原子序数； 2)有时为了便于区别，可在元素符号后加一整数，如： O -0.464 0.177 0.0 H1 -0.464 1.137 0.0 H2 0.441 -0.143 0.0 3)x,y,z数值必须以小数格式输入： O -0.464 0.177 0 () O -0.464 0.177 0.() 4)g98的数据输入均为自由格式，即除了用空格来分隔 数据外，也可用逗号或混合使用；
Gaussian软件简介
国家超级计算深圳中心科学计算相关软件
Gaussian简介
国家超级计算深圳中心科学计算相关软件Gaussian最早是由美国卡内基梅隆大学的约翰〃波普在60年度末、70年代初主导开发，是一个功能强大的商业化量子化学综合软件包。
Gaussian软件的出现大大降低了计算化学的门槛，使得从头计算方法可以广泛用于研究各种化学问题。
Gaussian 可以作为功能强大的工具，用于研究许多化学领域的课题，例如取代基的影响，化学反应机理，势能曲面和激发能等等。
常常与gaussview连用。
目前国家超级计算深圳中心配置了Gaussian、TCP-Linda、GaussView三个模块，主要用来进行半经验计算和从头计算。
gaussian 单个原子能量计算
gaussian 单个原子能量计算Gaussian单个原子能量计算引言：在化学和物理学领域，原子能量计算是一项重要的研究内容。
而Gaussian是一款被广泛使用的计算化学软件，可以用于模拟和计算分子系统的能量和性质。
本文将探讨Gaussian在单个原子能量计算中的应用。
一、Gaussian软件简介Gaussian是一款基于量子力学原理开发的计算化学软件。
它采用了密度泛函理论（DFT）和分子力场（MM）等方法，能够对分子和原子进行精确的能量计算和结构优化。
Gaussian具有丰富的功能和灵活的参数设置，可以模拟和计算各种化学反应和性质。
二、Gaussian在单个原子能量计算中的原理Gaussian使用基于量子力学的方法来计算原子的能量。
在计算中，原子的电子结构被建模为一组波函数，通过求解薛定谔方程来获得这些波函数。
Gaussian采用了Hartree-Fock方法和密度泛函理论等不同的计算方法，可以得到不同精度的能量计算结果。
三、Gaussian在单个原子能量计算中的步骤1. 原子结构优化：首先，需要通过Gaussian进行原子结构的优化。
通过调整原子的几何构型，使得原子的能量达到最低点。
这一步需要设置优化的算法和收敛准则，以确保得到准确的原子结构。
2. 波函数计算：在得到优化的原子结构后，Gaussian将计算出原子的波函数。
波函数描述了原子的电子分布和能级，是计算原子能量的基础。
3. 能量计算：基于得到的波函数，Gaussian可以计算出原子的能量。
能量计算是通过对波函数进行积分和求和得到的，包括动能、势能和相互作用能等各项贡献。
四、Gaussian在单个原子能量计算中的应用举例以氢原子为例，使用Gaussian进行能量计算的步骤如下：1. 设置计算参数：选择合适的方法和基组，如Hartree-Fock方法和6-31G基组。
2. 原子结构优化：通过优化算法，调整氢原子的几何构型，使得能量达到最低点。
gaussian光谱计算
gaussian光谱计算
Gaussian是一种计算化学软件，可以用于计算分子的光谱。
具
体而言，Gaussian可以使用不同的方法和模型来预测分子的红
外光谱、拉曼光谱、紫外可见吸收光谱等。
在Gaussian中计算分子的光谱主要有以下几个步骤：
1. 几何优化：使用分子力场或量子化学方法对分子进行几何优化，得到稳定的分子结构。
2. 频率计算：使用密度泛函理论或相关的量子化学方法计算分子的振动频率。
通过求解振动方程，可以得到分子的红外和拉曼光谱。
3. 电子结构计算：使用方法如含时密度泛函理论(TD-DFT)等
计算分子的电子激发态。
通过计算能量级和跃迁概率，可以得到分子的紫外可见吸收光谱。
4. 后处理和分析：使用相应的后处理工具，如GaussView等，对计算得到的光谱数据进行可视化和分析。
需要注意的是，Gaussian中计算分子光谱的准确性和可靠性受
到所采用的方法和模型的限制。
通常，较高级的理论方法和更大的基组可以提高计算结果的准确性，但同时也会增加计算的复杂性和计算时间。
此外，还可以利用Gaussian中的其他功能如振动分析、能量
差计算等来进一步解释和分析分子的光谱特征。
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编辑批处理作业文件
转换不同格式的分子结构文件
读取.fch文件中的数据并生成三 维空间网格图
利用.chk文件中的分子轨道，生 成电子密度和静电势的空间分布 网格图
从.chk文件中打印出频率和热化 学数据
Gaussian输入界面
%Section:设定作业运 行的环境变量 Route Section:设定作业 的控制项 Title:作业题目 电荷与自旋多重度
➢ %mem=n控制运行过程中使用内存的大小,可以以W或者 MB，GB为单位
➢ default：6000000W＝48MB
➢ 内存并非给得越多越好，最有效率的方法是根据作业类型 估算所需要内存的大小
c)不同作业使用内存的估算方法
M + 2NB2 M：不同类型作业需要的最小内存， NB ：计算所使用基函数的数目
Gaussian软件简介
Gaussian03
计算化学面临的挑战是艰巨的， 但也正在取得很大的进展，年 轻化学家若对计算机有兴趣的 话，那末计算化学是具有令人 兴奋前景的研究领域。
── 美国化学会会长 R.布里斯罗
➢Gaussian是目前世界上发展最全面，历史最长 的量子化学计算商业程序包。
➢Gaussian最早是由Pople等科学家组织编写， 并发展的，后来逐步专业化，现在专门成立 了Gaussian公司，从事量子化学程序发展和销 售工作。类似的公司美国还有不少，biochmi， SGI等。
01 C1 O2 1 A H3 1 B 2 C H4 1 B 2 C 3 D
A = 1.28 B = 1.10 C = 121.0 D = 180.0
01 C1 O2 1 1.28 H3 1 1.10 2 121.0 H4 1 1.10 2 121.0 3 180.0
01 C1 0.00 0.00 0.00 O2 0.00 0.00 1.28 H3 0.94 0.00 -0.57 H4 -0.94 0.00 -0.57
➢Gaussian程序最早的版本是70年出来的，称为 Gaussian70，后来发展了76，80，82，86，88， 90，92，94，98，03。
Gaussian03 图形工具栏
批处理专用
开始作业 暂停当前作业 当前link后暂停 恢复当前作业 终止当前作业
终止当前作业和批处理 在当前作业完成后终止批处理 编辑或建立批处理
Force
计算核的受力
振动分析
Stable
波函数稳定性测试
反应途径计算
Volume
计算分子体积
在指定反应途径上找能量最大值 Density=CheckPoint 仅计算布居分析
势能面扫描
Guess=Only
仅作分子轨道初猜
极化率和超极化率计算
ReArchive
从.chk 文件中提取存档
Title Section
笛卡尔直角坐标表示 %chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt
H2O2 energy calculation
H2O2 energy calculation
01
01
H
H 0.000 0.000
0.000
O 1 0.9
O 0.000 0.900
0.000
O 2 1.4 1 105.0
NH3的几何构型优化输入窗口
NH3的振动频率计算输入窗口（作为优化的后 继作业）
Gaussian应用范围
Gaussian是做半经验计算和从头计算使用最广泛 的量子化学软件，可以研究：
计振分过化偶原热极算动子渡学极力化可频能态键轨矩电学率以率量的以道和荷性和模，和能及多质超拟红结量反极电，极在外构和应矩势反化气和结能应率相拉构量路和曼径溶光液谱中，的NM体R系,模拟基态和激发态
元素符号, x, y, z
➢ 分子坐标的格式为：
元素符号(n) 原子1 键长 原子2 键角 原子3 二面角
－原子1，2，3以原子在分子中的序数表示； －键角为(0,180)； －二面角通过右手规则确定。
例1：使用HF方法，优化 H2O2分子
内坐标表示 %chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt
H2O2 energy calculation
01 H O 1 r1 O 2 r2 1 a1 H 3 r1 2 a1 1 d1
r1=0.9 r2=1.4 a1=105.0 d1=120.0
通过对两个键长和键角使用 同一变量定义可以控制分子 的对称性
%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt
Level of Theory
2
4
High
1
Low
EONIOM2=E3-E1+E2
3
Model
Real
Journal of Molecular Structure(TheoChem) 461-462(1999) 1-21
应用范围
•酶反应 •有机体系的反应机理 •表面和表面反应的簇模型 •有机物种的光化学反应 •有机物和金属有机物的取代基效应和反应性 •均相催化
O 1.350 1.262
0.000
H 3 0.9 2 105.0 1 120.0
H 1.464 1.742
-0.752
➢上述两个作业将对H2O2分子的结构进行完全优 化，包括所有的键长键角和二面角。
➢通过将内坐标定义成变量，可以对分子结构进
行部分优化。
%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt
Example of CH2O with HF/STO-3G:Input file
molecule in Z-matrix molecule in Z-matrix molecule in Cartesian
# HF/STO-3G
# HF/STO-3G
# HF/STO-3G
Example: aldehyde Example: aldehyde Example: aldehyde
MP2振动分析 6 MW 10 MW 28 MW
Route Section
a)Route Section以#开始，#控制作业的输出
➢ #N 正常输出；默认 (没有计算时间的信息) ➢ #P 输出更多信息。包括每一执行模块在开始和
结束时与计算机系统有关的各种信息 (包括执行 时间数据，以及SCF计算的收敛信息) ➢ #T 精简输出：只打印重要的信息和结果。
Molecule Specification 分子说明
Gaussian作业的格式
%chk=water.chk
% Section： 行首以%开始，段后无空行
%rwf=water.rwf
#p hf/6-31g scfcyc=250 scfcon=8 Route Section：行首以#开始，段后加空行
b)Route Section由方法，基组，任务类型三部 分组成
➢ 方法与基组后续课程专门介绍 ➢ Gaussian程序能完成的任务类型
Sp Opt Freq Irc IrcMax Scan Polar
Gaussian程序能完成的任务类型
单点能量计算（默认任务类型） ADMP&BOMP
动力学计算
分子几何结构优化
打开外部编辑器
编辑输出文件
Gaussian03 程序工具
将.chk文件转换为.fch文件，这种 文件可以使用图形软件打开
将.fch文件还原为.chk文件 从指定.chk文件中显示作业的route section和title 将.chk文件转换成文本格式
将以前版本的Gaussian产生的.chk 文件转换为G03的.chk文件
H2O2 energy calculation
01 H O 1 r1 O 2 r2 1 a1 H 3 r1 2 a1 1 d1
r1=0.9 a1=105.0 d1=120.0
变量部分
r2=1.4
常量部分
通过设定常量，可以使程序只 对分子结构进行部分优化
# HF/STO-3G OPT
C2H4 opt
Gaussian03的新增功能
-Enhanced ONIOM Method
QM(量 子 力 学 )区
QM/MM区
QM区：发生强相互作用 或反应发生区域
I II
III
MM区：无相互作用区域
MM(分 子 力 学 )区
QM/MM区：由QM区向 MM区过渡区域
ONIOM简介
ONIOM:our own n-layer integrated molecular orbital and molecular mechanics
01 C C 1 r1 H 1 r2 2 a1 H 1 r2 2 a1 3 180.0 H 2 r2 1 a1 3 0.0 H 2 r2 1 a1 4 0.0
例2： C2H4分子 平面形分子
r1=1.32 r2=1.09 a1=120.0
பைடு நூலகம்
➢ 通过同一个变量控制C-H键长； ➢ 把二面角定义为180和0的常量来 控制分子的平面构型。
# HF/STO-3G OPT
CH3F C3v opt
01 C F 1 r1 H 1 r2 2 a1 H 1 r2 2 a1 3 b H 1 r2 2 a1 3 -b
r1=1.38 r2=1.09 a1=110.6
b=120.0
例3： CH3F分子 分子点群C3V
➢通过常量b来控制C3V对称性
# HF/STO-3G OPT
作业类型
f
g
h
i
j
SCF能量 4 MW 4 MW 9 MW 23 MW ≈60 MW