Gaussian入门
gaussian相关基础知识
1“零点能”是指：量子在绝对温度的零点下仍会保持震动的能量，这个振动幅度会随着温度增加而加大。
“零点能”就是原子核旋转惯性能。
我们生活生产除核中子间斥力能外都是利用的核旋能，包括身体发热所需能量等，当然也包括燃烧、发光、发热和“磁”线圈产生的“磁力”。
零点能是对分子的电子能量的矫正，表明了在0K 温度下的分子的振动能量对电子能量的影响。
当比较OK 时的热动力学性质时，零点能需要被加到总能量中。
2密度泛函理论的基本原理是: 体系的基态能量是由电子的密度唯一确定的,其基本方程为Kohn-Sham方程, 它与HF方程在形式上完全一样, 只不过是用交换相关泛函代替HF的交换部分而已.在原理上是可以精确计算的,如果可以确定它的精确泛函的话。
但是, 由于其泛函没有一套系统的方法来逼近精确泛函，因此其必须从经验来确定泛函.这就是DFT近似的根源。
3 当体系变的松散时，ab initio 和DFT 基本上得不到最稳定的结构，你可以先用分子力学去优化一下。
或者你需要固定的原子是不是太大，如果可以作为环境处理的话，可以考虑QM/MM。
另外，初次优化基组不要用太大，逐步提高。
4如果你计算freq有个很小的虚频，可以用改变网格来消虚频。
默认的网格是75302，加入这个命令是指定99590网格。
5 L9999 出错就是说在默认的循环次数里未完成所要求的工作,无法写输出文件。
6一般地，优化所得驻点的性质（极小点还是过渡态）要靠频率来确定；而对过渡态，要确定反应路径（即到底是哪个反应的过渡态）必需要做IRC 了，不然靠不住的（往往用QST 找到的过渡态并不一定就是连接输入反应物和产物的过渡态）。
7在我们用QST2 或QST3 来优化过渡态时，需输入反应物和产物，实际上反应物和产物的输入顺序是没有关系的。
就是说，先输反应物后输产物和先输产物后输反应物得到的是同样的过渡态。
这也好理解，QST2 里对过渡态的初始猜测实际上是程序自动将输入的反应物和产物的各变量取个平均，所以输入顺序是没有关系的。
《Gaussian培训》课件
结果分析
对计算结果进行分析，如 能量分解、轨道分析、电 荷分布等。
结果导出
将计算结果导出为其他软 件格式，如Xyz、Pdb等， 以便在其他软件中进行进 一步分析。
03
Gaussian软件进阶使用
高级计算方法
1 2 3
MP2方法
MP2方法是基于Hartree-Fock自洽场方法的二 阶Møller-Plesset微扰理论，适用于计算相对精 确的基态能量和电子相关效应。
反应机理研究案例
总结词
利用Gaussian软件进行反应机理研究，涉及反应路径计算、过渡态寻找和动力学模拟等。
详细描述
反应机理研究对于理解化学反应的本质和过程至关重要。Gaussian软件提供了反应路径计算和过渡态 寻找的方法，可以确定反应的最低能量路径和关键中间体。动力学模拟可以帮助研究反应速率和反应 机制，为实验设计和改进提供理论支持。
计算材料性质
02
材料模拟可以计算材料的电子结构、光学性质、力学性质、热
学性质等。
模拟软件
03
常用的材料模拟软件包括VASP、Quantum ESPRESSO和
CASTEP等。
04
Gaussian软件常件计算中最常见的问题之一，通常表 现为计算无法完成或结果不准确。
1990年代
Gaussian软件不断更新和 完善，逐渐成为广泛使用 的量子化学计算软件。
2000年代至今
Gaussian软件持续发展， 不断推出新版本，支持更 多的理论方法和基组，应 用领域也不断扩大。
02
Gaussian软件基本操作
文件操作
打开文件
使用“File”菜单中的 “Open”选项打开Gaussian 输入文件(.gjf或.gjfx)或输出文
Gaussian软件基本介绍 ppt课件
1µm
随着计算机技术和理论化学方法的不断发展， Gaussian能够应用到尺度更大的体系中
2020/4/10
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内容摘要
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GAUSSIAN 的功能
2020/4/10
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Gaussian 的功能
对化学反应的全面研究
2020/4/10
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研究反应机理
金催化剂催化1,5双烯重排机理
检查点文件 .chk .fchk
读写文件 .rwf
设置文件 其它文件 Cube文件
Default.Route .inp .de2等 .cub .cube
作用
告诉程序计算中使用的系统资源、运行计 算的类型和使用的方法、分子说明等信息
各种需要的计算结果，如优化的结构、布 居分析结果、分子轨道能量、模拟的各种 光谱信息等；
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Gaussian的功能
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2020/4/10
《Gaussian培训》课件
Gaussian软件的发展历程
• Gaussian软件的发展历程可以追溯到上世纪80年代，自1980年代中期以来，Gaussian软件不断推出新的版本，并逐渐实 现了从单一的量子化学计算软件到计算化学综合平台的转变。目前，Gaussian软件已经成为全球使用最广泛的计算化学软 件之一。
Gaussian软件的主要功能和应用领域
06
参考文献
参考文献
Gaussian 09, Revision A.01, Mopac 2012, and associated
tutorials and examples.
Gaussian 09, Revision A.01, Mopac 2012, and associated
tutorials and examples.
依据。
金属表面的结构和性质研究
要点一
总结词
Gaussian软件可用于金属表面结构的研究，预测表面 形貌、电子结构以及化学反应活性等性质。
要点二
详细描述
借助Gaussian软件，科研人员可以模拟金属表面的电 子云分布、能带结构以及化学反应活性等性质，为催 化剂设计、能源存储与转化等应用提供理论支持。
Gaussian培训
2023-11-12
目录
• Gaussian软件概述 • Gaussian计算方法介绍 • Gaussian软件操作流程 • Gaussian软件应用实例 • Gaussian软件的优缺点及未来发展 • 参考文献
01
Gaussian软件概述
Gaussian软件简介
• Gaussian软件是一款广泛应用于计算化学领域的软件，由美国 Gaussian公司开发。它提供了一系列的计算化学工具，包括分 子建模、量子化学计算、分子动力学模拟等，被广泛应用于药 物设计、材料科学、能源研究等领域。
Gaussian 程序使用-第一讲-v2
0 2 H ( 1s1 )
0 3 O (1s22s22p4)
2S+1 = 1 Closed shell
≠1 Open shell
0 3 O2 (1σ22σ23σ21π42π2)
电荷多重度部分通常也算作分子说明
Molecular Specification
分子说明部分主要用来定义分子核相对位置
分子核相对位置可以用笛卡尔坐标，内坐标(Z-matrix)，或者是二者混合 表示 笛卡尔坐标是内坐标的一种特殊形式 分子坐标的格式为: 元素符号, x, y, z 元素符号 (n) 原子1 键长 原子2 键角 原子3 二面角 [格式代码]
H1 -1.753 -2.291 0.0
H2 1.753 -2.291 0.0 C1 0.0 -1.279 0.0
C2 0.0
H3 1.753 H4 -1.753
1.279 0.0
2.291 0.0 2.291 0.0
H2 C2 RCH C1=120.0 H1 0.0
H3 C1 RCH C2=120.0 H2 180.0 H4 C2 RCH C1=120.0 H3 0.0
A linear molecule ABC: Avoid A=180o Add ghost atom X B1 X2 B1 1.0 A3 B1 R1 X2 A123 C4 B1 R2 X2 A124=(180-A123) A3 180.0
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
单点能量计算（默认任务类型） 分子几何结构优化 振动分析 反应途径计算 在指定反应途径上找能量最大值 势能面扫描 极化率和超极化率计算
《高斯软件入门》课件
统计分析实例
通过实例深入理解高斯软件 在统计分析方面的应用和技 巧。
总结与展望
高斯软件的优越性
总结高斯软件的优势和特点，以及为什么它是数据分析的理想选择。
高斯软件的发展趋势
展望高斯软件未来的发展方向和趋势，激发你对技术的好奇心。
学习高斯软件的建议与方法
提供一些建议和学习方法，帮助你更高效地学习和掌握高斯软件。
高斯软件的优点和局 限性
讨论高斯软件的优点和局 限性，帮助你更好地了解 该软件的适用范围和限制。
高斯软件安装与环境配置
1 安装高斯软件的步骤
详细介绍高斯软件的安装过程，帮助你顺利完成安装。
2 配置系统环境变量
指导你如何配置系统环境变量，确保高斯软件可以在你的计算机上正常运行。
3 检查安装是否成功
提供一些简单的检查方法，确保你成功安装了高斯软件。
高斯软件基础知识
1
高斯软件的数据类型
介绍高斯软件支持的不同数据类型，如数值、字符和逻辑。
2
高斯软件的数组与向量
讲解高斯软件中数组和向量的定义、操作和应用。
3
高斯软件的函数与运算符
探索高斯软件提供的丰富函数和运算符，以及它们在数据处理中的作用。
高斯软件高级应用
高斯软件的图形绘制功能
展示高斯软件强大的图形绘制 功能，帮助你更直观地呈现数 据。
高斯软件的数据处理功能
介绍高斯软件用于数据
介绍高斯软件在统计分析方面 的功能和应用，助你深入理解 数据潜在的规律。
高斯软件编程实例
矩阵运算实例
通过实例演示高斯软件中矩 阵运算的基本操作和应用。
数据拟合实例
展示如何使用高斯软件进行 数据拟合和曲线拟合，帮助 你更好地分析数据模型。
Gaussian入门技巧一（自旋多重度）
Gaussian⼊门技巧⼀（⾃旋多重度）
关于⾃旋多重度
定义: 多重度＝2S+1, S=n*1/2,n为单电⼦数。
所以，关键是单电⼦的数⽬是多少。
当有偶数个电⼦时，例如 O2，共有16个电⼦，那么单电⼦数⽬可能是0，即8个alpha和8个beta电⼦配对，对应单重态，但是也可能是有9个α电⼦和7个β电⼦，那么能成对的是7对，还剩2个α没有配对，于是n=2,对应的是多重度3。
同理还可以有多重度5，7，9， ...⼀般⽽⾔,是多重度低的能量低,最稳定,所以,⼀般来说,偶数电⼦的体系多重度就是1。
但是也有例外，例如O2就是⼀个⼤家都知道的例⼦，它的基态是三重态，其单重态反⽽是激发态。
所以对于未知的体系，还是算⼏个保险⼀点，看哪个能量更低。
总结⼀下：
电⼦数⽬是偶数，未成对电⼦数⽬n=0,2,4,6,...⾃旋多重度是1,3,5,7,...
电⼦数⽬是奇数，未成对电⼦数⽬n=1,3,5,7,...⾃旋多重度是2,4,6,8,...
多数情况是多重度低的能量低，有时（特别是有“磁”性的时候，例如顺磁的O2，以及Fe啊什么的），可能会⾼多重度的能量低，所以需要都算算，看哪个能量更低。
《Gaussian入门》课件
打开外部编辑器
编辑输出文件
《Gaussian入门》
Gaussian 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
Volume
计算分子体积
IrcMax 在指定反应途径上找能量最大值 Density=CheckPoint
Route Section
➢ 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。
%int=name.int, %d2e=name.d2e
.int文件在计算过程中存储双电子积分, .d2e文件在计算过程中存储双电子积分的二阶导数
➢ 内存使用控制
%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 综合考虑到计算的需要和硬件水平，内存《G并au非ssi给an入得门越》多越好，最有效率的方法是
分子说明部分，段后通常加空行
《Gaussian入门》
% Section(link 0)
➢ 定义计算过程中的临时文件
%chk=name.chk
.chk文件在计算中记录分子几何构型，分子轨道，力常数矩阵等信息
%rwf=name.rwf
Gaussian的使用(一)
主要计算项目包括： • 分子的能量与几何结构 • 化学反应过渡态的能量与几何结构 • 振动频率分析 • 红外与拉曼光谱 • 分子的热化学性质 • 键能与化学反应能 • 化学反应途径 • 分子轨道的能量与性质 • 原子电荷分布（电子布居分析）和自旋密度分布
• 分子的多极矩（永久偶极矩和四极至十六极矩） • NMR 屏蔽常数、化学位移及分子的磁化率
用默认的外部浏览器显示分子结构的 3D 图形
用外部文本编辑器打开输出文件，阅读、分析和编辑计算结果
2.在“作业编辑对话框”内进行在线编辑 打开软件，进入 Gaussian03 主窗口。在主窗口中打开下拉菜单“File”, 点击“New”选项后将跳出“作业编辑对话框” （如图 1 所示） ， 框内工具 条上各按钮的功能为
图 1 中已标出每一段的主要作用和功能。
图 2 乙炔分子编辑对话框
其中 OPT 表示优化分子结构，HF 表示采用从头算 Hartree-Fock 方法，6 31G * 表示采用的基函数，0 和 1 分别表示乙烯分子的电荷和 自旋多重度。 分子说明部分采用的是分子的内坐标， 它主要是通过分子中原子 的空间构型进行设置，具体格式为： 元素标记，参考原子，键长，参考原子，键角，参考原子，二面角
包含多个输入行，每行的行首均用#号开始。段后需加一空白行。 题目段 作业计算内容与目的的简要描述，以便于输出文件的阅读。
可包含多个输入行，段后需加一空白行。 电荷与自旋行 给定分子所带的净电荷数（正负整数）及自旋多重度
（正整数） 。限一行，行后不加空白行。 分子说明段 给定分子中各原子的坐标。 笛卡儿坐标或分子内坐标均
Water Energy
0 O1 H2 0.
1 0. 0.
0.ห้องสมุดไป่ตู้84 -0.554 0.
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
清华Gaussian入门3
在 Chem3D 直接创建的输入文件（C2H6-631ss.GJF）上原子位置用笛卡儿坐标描述
用 Chem3D 直接创建的输入文件的最大优点是： 若对象是中性分子则文件被 G98W 读入后不经 修改也可直接运行，这为不打算致力精通 G98W 软件而又急于运用程序进行不太复杂的计算的用户 提供了很大的方便。因为不必查阅手册、掌握基本命令和关键词通常也能达到“瞎猫逮死耗子”的 目的。 然而， 根据计算作业的特殊需要， Gaussian 的许多关键词均设置多种选项 （Option） ， Chem3D 不能提供这些丰富的功能，因此，创建的文件只能适用于常规的计算项目。另外，Chem3D 直接创 建的输入文件采用的是笛卡儿坐标，无法施加分子对称性限制条件，故不适用于时对于对称性较高 分子的几何优化计算。 对于已具备计算量子化学基础知识的用户，推荐采用经 Chem3D 购建和预优化的分子先保存为 *.PDB 文件，然后再用 G98W 的 Utilities→NewMat 命令创建输入文件（见 5.2.1 节） 。在图 5-18 的 界面状态下用这种方法产生的输入文件如图 5-24 所示。
%Chk=Untitled-2.chk # RHF/6-31G(d,p) Opt(Tight) Pop=(Minimal) Untitled-2 0 C C H H H H H H 0 0 0 0 0 0 0 0 1 -0.752000 0.751984 -1.153000 -1.156998 -1.160004 1.152985 1.159988 1.156982 Test
ACCH ACCH ACCH ACCH ACCH ACCH
H3 -120. 0 H3 120. 0 H3 180. 0 H3 60. 0 H3 -60. 0
gaussian教程
gaussian教程节译自Exploring Chemistry with Electronic Structure Methos, Second Edition,作者James B. Foresman, Eleen Frisch 出版社Gaussian, Inc, USA, 1996前言Gaussian可以做很多事情,具体包括分子能量和结构研究过渡态的能量和结构研究化学键以及反应的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核磁极化率和超极化率热力学性质反应途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.全书结构序言运行Gaussian第一部分基本概念和技术第一章计算模型第二章单点能计算第三章几何优化第四章频率分析第二部分计算化学方法第五章基族的影响第六章理论方法的选择第七章高精度计算第三部分应用第八章研究反应和反应性第九章激发态第十章溶液中的反应附录A 理论背景附录B Gaussian输入方法简介运行GaussianUnix/Linux平台:运行gaussian前要设置好运行参数,比如在C Shell中,需要加这两句setenv g94root directory / directory指程序的上级目录名source $g94root/g94/bsd/g94.login然后运行就可以了.比如有输入文件,采用C Shell时的运行格式是g94 h2o.logWindows平台:图形界面就不用多说了输入输出文件介绍在Unix系统中,输入文件是.com为扩展名的,输出文件为.log;在Windows系统中,输入文件是.gjf为扩展名,输出文件为.out.下面是一个输入文件#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.对于Windows版本,程序的图形界面把这几部分分得很清楚.输入的时候就不要再添空行了.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,1 Hartree= 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).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.根据输入文件的设置,输出文件还要多一些内容,上面的是基本的东西.第一章计算模型1.1 计算化学的方法主要有分子理论(Molecular Mechanics)和电子结构理论(Electronic Structure Theory).两者的共同点是1. 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.2. 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.3. 计算分子内运动的频率.计算依据是能量的二阶导数.1.2 分子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1. 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.2. 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.1.3 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.1.4 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.1.5 化学模型(Model Chemistries)Gaussian认为所谓理论是,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这里包括两点,1. 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.2. 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)(这个翻译我可拿不准,在国内没听说过).1.6 定义化学模型Gaussian包含多种化学模型,比如计算方法Gaussian关键词方法HF Hartree-Fock自恰场模型B3L YP Becke型3参数密度泛函模型,采用Lee-Yang-Parr泛函MP2 二级Moller-Plesset微扰理论MP4 四级Moller-Plesset微扰理论QCISD(T) 二次CI具体在第六章讨论基组基组是分子轨道的数学表达,具体见第五章开壳层,闭壳层指电子的自旋状态,对于闭壳层,采用限制性计算方法,在方法关键词前面加R对于开壳层,采用非限制性计算方法,在方法关键词前面加U.比如开壳层的HF就是UHF.对于不加的,程序默认为是闭壳层.一般采用开壳层的可能性是1. 存在奇数个电子,如自由基,一些离子2. 激发态3. 有多个单电子的体系4. 描述键的分裂过程模型的组合高精度的计算往往要几种模型进行组合,比如用中等算法进行结构优化,然后用高精度算法计算能量.第二章单点能计算2.1 单点能计算是指对给定几何构性的分子的能量以及性质进行计算,由于分子的几何构型是固定不变的,只是"一个点",所以叫单点能计算.单点能计算可以用于:计算分子的基本信息可以作为分子构型优化前对分子的检查在由较低等级计算得到的优化结果上进行高精度的计算在计算条件下,体系只能进行单点计算单点能的计算可以在不同理论等级,采用不同基组进行,本章的例子都采用HF方法2.2 计算设置计算设置中,要有如下信息:计算采用的理论等级和计算的种类计算的名称分子结构方法设置这里设置了计算要采用的理论方法,采用的基组,所要进行的计算的种类等信息.这一行,以#开头,默认的计算种类为单点能计算,关键词为SP,可以不写.这一部分需要出现的关键词有,计算的理论,如HF(默认关键词,可以不写),B3PW91;计算采用的基组,如6-31G, Lanl2DZ;布局分析方法,如Pop=Reg;波函数自恰方法,如SCF=Tight.Pop=Reg只在输出文件中打印出最高的5条HOMO轨道和最低的5条LOMU轨道,而采用Pop=Full则打印出全部的分子轨道.SCF设置是指波函数的收敛计算时的设定,一般不用写,SCF=Tight设置表示采用比一般方法较严格的收敛计算.计算的名称一般含有一行,如果是多行,中间不能有空行.在这里描述所进行的计算.分子结构首先是电荷和自旋多重度电荷就是分子体系的电荷了,没有就是0,自旋多重度就是2S+1,其中S是体系的总自旋量子数,其实用单电子数加1就是了.没有单电子,自旋多重度就是1.然后是分子几何构性,一般可以用迪卡尔坐标,也可以用Z-矩阵(Z-Matrix)多步计算Gaussian支持多步计算,就是在一个输入文件中进行多个计算步骤.2.3 输出文件中的信息例2.1 文件e2_01 甲醛的单点能标准几何坐标.找到输出文件中Standard Orientation一行,下面的坐标值就是输入分子的标准几何坐标.能量找到SCF Done: E(RHF)= -113.863697598 A. U. after 6 cycles这里的树脂就是能量,单位是hartree.在一些高等级计算中,往往有不止一个能量值,比如下一行E2=-0.3029540001D+00 EUMP2=-0.11416665769315D+03这里在EUMP2后面的数字是采用MP2计算后的能量.MP4计算的能量输出就更复杂了分子轨道和轨道能级对于按照计算设置所打印出的分子轨道,列出的内容包括,轨道对称性以及电子占据情况,O表示占据,V表示空轨道;分子轨道的本征值,也就是分子轨道的能量,分子轨道的顺序就是按照能量由低到高的顺序排列的;每一个原子轨道对分子轨道的贡献.这里要注意轨道系数,这些数字的相对大小(忽略正负号)表示了组成分子轨道的原子轨道在所组成的分子轨道中的贡献大小.寻找HOMO和LUMO轨道的方法就是看占据轨道和非占据轨道的交界处.电荷分布Gaussian采用的默认的电荷分布计算方法是Mullikin方法,在输出文件中寻找Total atomic charges可以找到分子中所有原子的电荷分布情况.偶极矩和多极矩Gassian提供偶极矩和多极矩的计算,寻找Dipole momemt (Debye),下面就是偶极矩的信息,再下两行是四极矩偶极矩的单位是德拜CPU时间和其他Job cpu time : 0days 0 hours 0 minuites 9.1 seconds.这里是计算的时间,注意是CPU时间.2.4 核磁计算例2.2 文件e2_02 甲烷的核磁计算核磁是单点能计算中另外一个可以提供的数据,在计算的工作设置部分,就是以#开头的一行里,加入NMR关键词就可以了,如#T RHF/6-31G(d) NMR Test在输出文件中,寻找如下信息GIAO Magnetic shielding tensor (ppm)1 C Isotropic = 199.0522 Anisotropy = 0.0000这是采用上面的设置计算的甲烷的核磁结果,所采用的甲烷构形是用B3L YP密度泛函方法优化得到的.一般的,核磁数据是以TMS为零点的,下面是用同样的方法计算的TMS(四甲基硅烷)的结果1 C Isotropic = 195.1196 Anisotropy = 17.5214这样,计算所得的甲烷的核磁共振数据就是-3.9ppm,与实验值-7.0ppm相比,还是很接近的.2.5 练习练习2.1 文件2_01 丙烷的单点能练习要点:寻找分子的标准坐标,寻找单点能,偶极矩的方向和大小,电荷分布练习2.2 文件2_02a (RR), 2_02b (SS), 2_02c (RS) 1,2-二氯-1,2-二氟乙烷的能量练习要点:比较该化合物三个旋光异构体的能量和偶极矩差异练习2.3 文件2_03 丙酮和甲醛的比较练习要点:比较甲基取代氢原子后带来的影响说明能量比较必须在有同样的原子种类和数量的情况下进行练习2.4 文件2_04 乙烯和甲醛的分子轨道练习要点:寻找HOMO和LUMO能级,并分析能级的组成情况练习2.5 文件2_05a, 2_05b, 2_05c 烷,烯,炔的核磁共振比较练习2.6 文件2_06 C60的单点能练习要点:分析C60最高占据轨道注意在收敛方法选择的时候,要有SCF=Tight,否则有收敛问题.练习2.7 文件2_07 计算大小的CPU资源比较本练习比较不同基组函数数量,SCF方法对CPU时间,资源的占用情况.比较传统SCF方法(SCF=Convern),直接SCF方法(Gaussian默认方法)传统SCF 直接SCF基组函数数量int文件大小(MB) CPU时间CPU时间23 2 8.6 12.842 4 11.9 19.861 16 23.2 38.880 42 48.7 72.199 92 95.4 122.5118 174 163.4 186.8137 290 354.5 268.0156 437 526.5 375.0175 620 740.2 488.0194 832 1028.4 622.1很显然,函数数量对资源占用和CPU时间都有很大影响,函数越多,资源占用越大,CPU时间越长.理论上来讲,认为CPU时间和函数数量的四次方成正比,但实际上没有这么高, 在本例中,基本上和函数数量的2.5次方成正比.一般的讲,直接SCF方法的效率要比传统SCF方法要好,在本例中,当函数数量比较大时, 可以看到这一点.练习2.8 文件2_08a (O2), 2_08b (O3) SCF稳定性计算本例中采用SCF方法分析分子的稳定性.对于未知的体系,SCF稳定性是必须要做的.当分子本身不稳定的时候,所得到的SCF结果以及波函数等信息就没有化学意义.SCF稳定性分析是寻找是不是存在比当前状态能量更低的分子状态.关键词有Stable 检验分子的稳定性,放松对分子的限制,比如由闭壳层改为开壳层等.Stable=OPT 这一选项设定,当发现不稳定的时候,对新的状态进行优化.这种做法一般是不推荐的,因为所得到的新的状态的几何形太接近原来的几何构形.本例中首先计算闭壳层的单重态的氧分子.很显然,闭壳层单重态的氧分子不应该是稳定的.在输出文件中,我们可以找到这样的句子:The wavefuction has an RHF --> UHF instability.这表明存在一个UHF的状态,其能量要比当前状态低.这说明可能,能量最低的状态是单重态的,但不是闭壳层的;存在有更低能量的三重态;所计算的状态不是能量最低点,可能是过渡态.在三重态情况下重新计算,也进行稳定性验证,可以看到如下的句子The wavefunction is stable under the perturbations considered.臭氧是单重态的,但有不一般的电子结构.采用RHF Stable=Opt可以发现一个RHF-->UHF的不稳定性,在所得到的UHF状态下进行稳定性检验,采用UHF Stable=Opt,发现体系仍然不稳定.The wavefunction has an inernal instability再在此基础上进行的优化,体系又回到了RHF的状态.这时,就需要在进行SCF前的构性初始电子状态猜测上进行改动,使用Guess=Mix,在初始猜测中混合HOMO 和LUMO轨道,从而消除空间对称性,然后进行的UHF Guess=Mix Stable 表明得到了稳定的结构.确定电子状态还可以采用Guess=Alter详见Gaussian User's Reference第三章几何优化前面讨论了在特定几何构型下的能量的计算,可以看出,分子几何构型的变化对能量有很大的影响.由于分子几何构型而产生的能量的变化,被称为势能面.势能面是连接几何构型和能量的数学关系.对于双原子分子,能量的变化与两原子间的距离相关,这样得到势能曲线,对于大的体系,势能面是多维的,其维数取决与分子的自由度.3.1势能面势能面中,包括一些重要的点,包括全局最大值,局域极大值,全局最小值,局域极小值以及鞍点.极大值是一个区域内的能量最高点,向任何方向的几何变化都能够引起能量的减小.在所有的局域极大值中的最大值,就是全局最大值;极小值也同样,在所有极小之中最小的一个就是具有最稳定几何结构的一点.鞍点则是在一个方向上具有极大值,而在其他方向上具有极小值的点.一般的,鞍点代表连接着两个极小值的过渡态.寻找极小值几何优化做的工作就是寻找极小值,而这个极小值,就是分子的稳定的几何形态.对于所有的极小值和鞍点,其能量的一阶导数,也就是梯度,都是零,这样的点被称为稳定点.所有的成功的优化都在寻找稳定点,虽然找到的并不一定就是所预期的点. 几何优化有初始构型开始,计算能量和梯度,然后决定下一步的方向和步长,其方向总是向能量下降最快的方向进行.大多数的优化也计算能量的二阶导数,来修正力矩阵,从而表明在该点的曲度.3.2 收敛标准当一阶导数为零的时候优化结束,但实际计算上,当变化很小,小于某个量的时候,就可以认为得到优化结构.对于Gaussian,默认的条件是力的最大值必须小于0.00045,均方根小于0.0003为下一步所做的取代计算为小于0.0018,其均方根小于0.0012这四个条件必须同时满足,比如,对于非常松弛的体系,势能面很平缓,力的值已经小于域值,但优化过程仍然有很长的路要走.对于非常松弛的体系,当力的值已经低于域值两个数量级,尽管取代计算仍然高于域值,系统也认为找到了最优点.这条规则用于非常大,非常松弛的体系.3.3 几何优化的输入Opt关键字描述了几何优化例3.1 文件e3_01 乙烯的优化输入文件的设置行为#R RHF/6-31G(d) Opt Test表明采用RHF方法,6-31G(d)基组进行优化3.4 输出文件优化部分的计算包含在两行相同的GradGradGradGradGradGradGradGradGradGrad...........之间,这里有优化的次数,变量的变化,收敛的结果等等.注意这里面的长度单位是波尔.在得到每一个新的几何构型之后,都要计算单点能,然后再在此基础上继续进行优化,直到四个条件都得到满足.而最后一个几何构型就被认为是最优构型.注意,最终构型的能量是在最后一次优化计算之前得到的.在得到最优构型之后,在文件中寻找--Stationmay point found.其下面的表格中列出的就是最后的优化结果以及分子坐标.随后按照设置行的要求,列出分子有关性质例3.2 文件e3_02 氟代乙烯的优化3.5 寻找过渡态Gaissian使用STQN方法确定反应过渡态,关键词是Opt=QST2例3.3 文件e3_03 过渡态优化例中分析的是H3CO --> H2COH 的变化,输入文件格式#T UHF/6-31G(d) Opt=QST2 TestH3CO --> H2COH Reactants0,2structure for H3CO0,2structure for H2COHGaussian也提供QST3方法,可以优化反应物,产物和一个由用户定义的猜测的过渡态.3.6 难处例的优化有一些系统的优化很难进行,采用默认的方法得不到结果,其产生的原因往往是所计算出的力矩阵与实际的相差太远.当默认方法得不到结果时,就要采用其他的方法. Gaussian提供很多的选择,具体可以看User's Reference.下面列举一些.Opt=ReadFC 从频率分析(往往是采用低等级的计算得到的)所得到的checkpoint文件中读取初始力矩阵,这一选项需要在设置行之前加入%Chk= filename 一句,说明文件的名称.Opt=CalCFC 采用优化方法同样的基组来计算力矩阵的初始值.Opt=CalcAll 在优化的每一步都计算力矩阵.这是非常昂贵的计算方法,只在非常极端的条件下使用.有时候,优化往往只需要更多的次数就可以达到好的结果,这可以通过设置MaxCycle 来实现.如果在优化中保存了Checkpoint文件,那么使用Opt=Restart可以继续所进行的优化.当优化没有达到效果的时候,不要盲目的加大优化次数.这是注意观察每一步优化的区别,寻找没有得到优化结果的原因,判断体系是否收敛,如果体系能量有越来越小的趋势,那么增加优化次数是可能得到结果的,如果体系能量变化没有什么规律,或者,离最小点越来越远,那么就要改变优化的方法.也可以从输出文件的某一个中间构型开始新的优化,关键词Geom=(Check,Step=n)表示在取得在Checkpoint文件中第n步优化的几何构型3.7 练习练习3.1 文件3_01a (180), 3_01b (0) 丙烯的优化从两种丙烯的几何异构体进行优化,一个是甲基的一个氢原子与CCH形成180度二面角,另一个是0.优化结果表明,二者有0.003Hartree的差别,0度的要低.练习3.2 文件3_02a (0), 3_02b (180), 3_02c (acteald.) 乙烯醇的优化乙烯醇氧端的氢原子与OCC平面的二面角可以为0和180,优化得到的结果时,0度的能量比180度的低0.003Hartree,但同时做的乙醛的优化表明,乙醛的能量还要低,比0度异构体低0.027hartree.练习3.3 文件3_03 乙烯胺的优化运行所有原子都在同一平面上的乙烯胺的优化.比较本章的例子和练习,可以看到不同取代基对乙烯碳碳双键的影响.练习3.4 文件3_04 六羰基铬的优化本例采用STO-3G和3-21G基组,在设置行中加入SCF=NoVarAcc对收敛有帮助.3-21G基组的优化结果要优于STO-3G练习3.5 文件3_05a (C6H6), 3_05b (TMS) 苯的核磁共振采用6-31G(d)基组,B3L YP方法优化几何构性,采用HF方法,6-311+G(2d,p)基组在优化的几何构型基础上计算碳的化学位移.注意,核磁共振的可靠程度依赖准确的几何结构和大的基组.输入文件如下%Chk=NMR#T B3L YP/6-31G(d) Opt TestOptmolecule specification--Link1--%Chk=NMR%NoSave#T RHF/6-311+G(2d,p) NMR Geom=Check Guess=Read TestNMRcharg & spin同样,还需要采用同样方法计算TMS.下面是计算结果绝对位移相对位移实验值TMS Benzene188.7879 57.6198 131.2 130.9练习3.6 文件3_06a (PM3), 3_06b (STO-3G) 氧化碳60的优化C60中有两种碳碳键,一是连接两个六元环的6-6键,另一是连接六元环和无元环的5-6键. 氧化C60就有两种异构体.本例采用PM3和HF/STO-3G方法来判断那种异构体是稳定的,以及氧化后的C-C键的变化.采用Opt=AddRedundant关键词可以在输出文件中打印所要求的键长,键角,这一关键词需要在分子构型输入结束后在增加关于所要键长键角的信息,键长用两个原子的序列号表示,键角则用三个原子表示.计算结果显示,6-6键的氧化,碳碳键仍然存在,接近环氧化合物,而5-6键已经打开.采用不同的方法,得到的几何结构相差不多,但在能量上有很大差异.在采用MNDO,PM3,HF/3-21G方法得到的能量数据中,5-6键氧化的异构体的能量低,但采用HF/STO-3G得到的结果,确实6-6键氧化的能量低.Raghavachari在其进行的上述研究中阐述动力学因素同样是重要的;实验上还没有发现那个是能量最低的异构体;应该进行更精确的计算练习3.7 文件3_07 一个1,1消除反应的过渡态优化分析反应SiH4 --> SiH2 + H2, 可以采用Opt=(QST2, AddRedundant)关键词来进行过渡态优化,同时特别关注过渡态结构中的某个键长练习3.8 文件3_08 优化进程比较采用下述三种方法优化二环[2,2,2]直接采用默认方式冗余内坐标优化Opt;采用迪卡尔坐标优化Opt=Cartesian;采用内坐标优化Opt=Z-Matrix结果显示,冗余内坐标优化的优化次数最短,内坐标优化的次数最多.第四章频率分析频率分析可以用于多种目的,预测分子的红外和拉曼光谱(频率和强度)为几何优化计算力矩阵判断分子在势能面上的位置计算零点能和热力学数据如系统的熵和焓4.1 红外和拉曼光谱几何优化和单点能计算都将原子理想化了,实际上原子一直处于振动状态.在平衡态,这些振动是规则的和可以预测的.频率分析的计算要采用能量对原子位置的二阶导数.HF方法,密度泛函方法(如B3L YP), 二阶Moller-Plesset方法(MP2)和CASSCF方法(CASSCF)都可以提供解析二阶导数.对于其他方法,可以提供数值二阶导数.4.2 频率分析输入Freq关键词代表频率分析.频率分析只能在势能面的稳定点进行,这样,频率分析就必须在已经优化好的结构上进行.最直接的办法就是在设置行同时设置几何优化和频率分析.特别注意的是,频率分析计算是所采用的基组和理论方法,必须与得到该几何构型采用的方法完全相同!例4.1 文件e4_01 甲醛的频率分析例中采用的是已经优化好的几何构型,输入格式# RHF/6-31G(d) Freq Test4.3 频率和强度频率分析首先要计算输入结构的能量,然后计算频率.Gaussian提供每个振动模式的频率,强度,拉曼极化率.以下是例4.1的输出文件中的前四个频率1 2 3 4B1 B2 A1 A1。
Gaussian 98 for Windows 程序使用入门
三、G98W 的安装和软件的补钉、升级 ······························································
3.1 硬盘分区方案 ············································································································ 3.2 安装软件 ··················································································································· 3.3 G98W 的补钉和升级 ·······························································································
二、G98W 对硬件和操作系统的要求 ··································································
2.1 硬件环境 ··················································································································· 2.2 操作系统 ···················································································································
gaussian基本操作
gaussian基本操作高斯函数是数学中常见的一种函数形式，也称为正态分布函数。
它在统计学、概率论、物理学等领域中被广泛应用。
本文将介绍高斯函数的基本操作，包括高斯函数的定义、性质以及常见的应用。
一、高斯函数的定义高斯函数是以数学家卡尔·弗里德里希·高斯的名字命名的。
它的数学表达式为：f(x) = A * exp(-(x - μ)^2 / (2σ^2))其中，A是幅度因子，决定了函数的峰值；μ是均值，决定了函数在x轴上的位置；σ是标准差，决定了函数的宽度。
高斯函数的图像呈钟形曲线，关于均值对称。
标准差越大，曲线越宽，反之则越窄。
二、高斯函数的性质1. 高斯函数是连续的、光滑的函数，其在整个实数域上都有定义。
2. 高斯函数在均值处取得最大值，其最大值为A。
3. 高斯函数的曲线关于均值对称，即f(x) = f(2μ - x)。
4. 高斯函数的积分等于1，即∫f(x)dx = 1。
5. 高斯函数的标准差越大，曲线越平缓，越接近于均匀分布。
三、高斯函数的应用1. 统计学中的正态分布：高斯函数在统计学中扮演着重要的角色。
许多自然现象和人类行为都可以用正态分布来描述，例如身高、体重、智力水平等。
统计学家利用高斯函数来分析和预测数据的分布情况。
2. 图像处理中的滤波器：高斯函数在图像处理中常用作滤波器。
通过将图像与高斯函数卷积，可以实现图像的平滑和去噪。
滤波器的标准差决定了平滑程度，较大的标准差可以去除较大尺寸的噪声，但可能导致图像细节的模糊。
3. 信号处理中的频率分析：高斯函数在信号处理中也有广泛应用。
傅里叶变换后的高斯函数仍然是高斯函数，因此可以用来分析和过滤频域信号。
高斯函数的标准差决定了频域中的主要频率范围。
4. 机器学习中的概率密度估计：高斯函数常用于机器学习中的概率密度估计。
通过拟合数据样本的高斯函数，可以估计整个数据集的分布情况。
高斯混合模型是一种常用的概率模型，将多个高斯函数叠加在一起，可以更准确地描述复杂的数据分布。
《Gaussian培训》课件
导入模型或数据后，发现存在格式或数据 错误。
问题2
在运行计算时，程序无响应或出现错误。
问题4
需要设置计算参数，但不清楚如何进行设 置。
软件问题解决方案
解决方案1
检查软件安装文件是否完整，确保 安装过程中没有缺失必要的文件。
解决方案2
尝试升级或重新安装软件，有可能 是版本不稳定或与操作系统不兼容 导致的问题。
熟悉各个面板的高级操作，如设置和调整模型参数、 查看和编辑计算结果等；
掌握如何使用图形化界面进行文件管理和数据处理， 如创建和管理项目、导入和导出数据等；
掌握如何使用图形化界面进行分子模型的操作，如添 加、删除、修改分子组件等。
自定义功能高级操作
熟悉Gaussian软件的自定义功能，如创建自定义命令 、编写Python脚本等；
THANK YOU.
捷键Ctrl+A、Ctrl+D来添加或删除原子和键。
02
修改原子属性
可以使用“Edit”菜单下的“Atom”命令，或者使用快捷键
Ctrl+Shift+A来修改原子属性，如符号、编号、坐标等。
03
修改键属性
可以使用“Edit”菜单下的“Bond”命令，或者使用快捷键
Ctrl+Shift+B来修改键属性，如类型、长度、能量等。
视图操作
放大/缩小
可以使用“View”菜单下的“Zoom”命令，或者使用 快捷键Ctrl+Plus/Ctrl+-来放大或缩小视图。
平移
可以使用“View”菜单下的“Pan”命令，或者使用快 捷键Ctrl+Shift+Plus/Ctrl+Shift+-来平移视图。
Gaussian03程序入门和输入文件的构造
0
2
O2
0
2
电荷多重度部分通常也算作分子说明
Molecular Specification
分子说明部分主要用来定义分子核相对位置
➢分子核相对位置可以用笛卡尔坐标，内坐标(Z-matrix)，或者是二者混合 表示
➢笛卡尔坐标是内坐标的一种特殊形式 ➢分子坐标的格式为:
元素符号, x, y, z
元素符号 (n) 原子1 键长 原子2 键角 原子3 二面角 [格式代码]
(0,180)
以原子在分子中的序数表示
通过右手规则确定
例1：使用HF方法，优化 H2O2分子
%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt
%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt
H2O2 energy calculation
内坐标表示
笛卡尔直角坐标表示
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
H2O2 energy calculation
01 H O 1 r1 O 2 r2 1 a1 H 3 r1 2 a1 1 d1
Overlay9,10,11,99 Overlay99 L9999
定制内存和硬盘
-M- 2MW -#- MaxDisk=400MB
Gaussian程序使用的内存单位W 是双精度字，相当于8字节
2MW=16MB
设置方法：
将Default.r1文件改成default.rou
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计算作业提交过程：
a. 用户登录网关－通过SSH远程登录软件实现
SSH软件(SSHSecureShellClient-3.2.9.exe)可从网络上免费 下载，安装过程与通常软件安装类似。安装完毕后，设置 网关外部网的IP地址以及账号名即可使用。
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点击Profiles设置IP地址及用户名
(级别为0~19整数，数值越大优pp先t课件级越低) renice 19 79
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(8) cat－显示文件内容，格式为：cat 文件名 (9) grep－一般用于从某个或多个文件中搜索某串字符，
格式为：grep “字符串” 文件名 例：grep “F=” vasp.out (10)scp－用于网关与内部网内各计算节点或外部网络之间 的文件传输
的研究：如对A1, A2, A3，先用大模型和基组对A1进行研究，
然后以该结果为参照，确定计算量适中的模型和方法并应用
于A1,A2,A3。
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Gaussian03程序的使用
G03的安装和运行； G03的功能和程序结构； 输入文件的编写与主要功能的使用； 补充说明；
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传输
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(11) vi－文本编辑命令 该命令常用但较为复杂，它有2种模式：命令模式和插入 模式，二者之间关系为：
i
Esc
command mode insert mode command mode 在命令模式下，可实现以下功能及其对应按键：
delete a character: x
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(2). Linux平台： 基于Linux系统的计算拓扑结构
计
计
计
Gaussian程序使用入门
内坐标表示
笛卡尔直角坐标表示
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
H2O2 energy calculation
01 H O 1 r1 O 2 r2 1 a1 H 3 r1 2 a1 1 d1
% Section(link 0)
➢ 定义计算过程中的临时文件
%chk=name.chk
.chk文件在计算中记录分子几何构型，分子轨道，力常数矩阵等信息
%rwf=name.rwf
.rwf文件主要在作业重起时使用，当计算量比较大时，.rwf文件通常会非常大，此时需要将 之分割保存
%int=name.int, %d2e=name.d2e
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
H2O2 energy calculation
01 H O 1 r1 O 2 r2 1 a1 H 3 r1 2 a1 1 d1
.int文件在计算过程中存储双电子积分, .d2e文件在计算过程中存储双电子积分的二阶导数
➢ 内存使用控制
%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 综合考虑到计算的需要和硬件水平，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
Preferences: 对Gaussian程序进行初 始化设置
gaussian基本概念和用法
1 计算流程上面的图应该是从L301说起的，即图中的“基组”，L301的作用是产生基组信息。
（在这之前还有L1：处理计算执行路径，创建执行链接的列表，并初始化scratch文件；L101：读取标题和分子说明部分；L103：berny优化到最小值；L202：重新定位坐标，计算对称性，检查变量）“基组”之后是“分子结构”即L401，形成初始的分子轨道初猜。
第一个框中有“分子轨道”和“能量”两项，我想这应该指的是L502即迭代求解SCF方程。
下面红线圈的框中则是迭代求解的具体过程。
每次迭代完毕都得到一个能量。
即（SCF Done: E(RHF) = -xx.xxxx A.U. after xx cycles）然后是L103判断力和位移是否满足收敛条件。
如果满足（即四个yes），则进行布居分析等，并完成计算。
如果不满足，则继续调整分子结构（L401），再次进行迭代求解，反复这个过程，直到满足力和位移收敛条件为止。
如果不是HF方法而是多体微扰，CI等后-scf方法的话，在每次迭代（L502）完成后还要多一步相关能的计算，以MP2为例，迭代完成后多出:L801(双电子积分变换的初始化),L906(半直接的MP2)和L1002(迭代求解CPHF方程)等计算。
对于楼主的图，我觉得力和位移判断为NO以后，箭头应该指向最头上的“基组”，因为实际过程中，每次构型调整都会重新定位坐标和产生基组信息。
常见问题分析1．检查是否有初始文件错误在命令行中加入 %kJob L301 or %kJob L302 如果通过则一般初始文件ok。
常见初级错误：a. 自旋多重度错误; b. 变量赋值为整数; c. 变量没有赋值或多重赋值; d. 键角小于等于0度，大于等于180度e. 分子描述后面没有空行; f. 二面角判断错误，造成两个原子距离过近; g. 分子描述一行内两次参考同一原子,或参考原子共线2． SCF(自洽场)不收敛则一般是L502错误,省却情况做64个cycle迭代(G03缺省128 cycles)a. 修改坐标，使之合理;b. 改变初始猜 Guess=Huckel 或其他的，看Guess关键词;c. 增加叠代次数 SCFCYC=N （对小分子作计算时最好不要增加，很可能结构不合理）; d. iop（5/13=1）这样忽略不收敛，继续往下做。
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反应途径 IRC计算
反应途径
反应途径 第二个反应：氢迁移反应
反应途径
反应途径
计算反应的焓变
ห้องสมุดไป่ตู้
计算反应的焓变 具体计算方法：
计算反应的焓变
Water
01 O H 1 R1 H 1 R1 2 a1 R1=1.04 a1=104.0
title：作业的简要描述，段后加空行
Molecular Specification：
分子说明部分，段后通常加空行
% Section(link 0)
定义计算过程中的临时文件
%chk=name.chk
.chk文件在计算中记录分子几何构型，分子轨道，力常数矩阵等信息
%rwf=name.rwf
.rwf文件主要在作业重起时使用，当计算量比较大时， .rwf文件通常会非常大，此时需要将 之分割保存
%int=name.int, %d2e=name.d2e
.int文件在计算过程中存储双电子积分, .d2e文件在计算过程中存储双电子积分的二阶导数
内存使用控制
%mem=n
Gaussian 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
Overlay9,10,11,99 Overlay99
L9999
定制内存和硬盘
-M- 2MW -#- MaxDisk=400MB
Gaussian程序使用的内存单位W 是双精度字，相当于8字节
2MW=16MB
设置方法：
将Default.r1文件改成default.rou
Gaussian 程序界面
Preferences: 对Gaussian程序进行初 始化设置
%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 a1=105.0 d1=120.0 r2=1.4
变量部分
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
Gaussian 程序工具
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 程序工具
NewZmat工具界面
Gaussian程序的输入文件
自定义外部文字编辑器，用来打开.out文件 link.exe所在的文件夹 临时文件存放文件夹
Gaussian 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 终止当前作业和批处理 在当前作业完成后终止批处理
终止当前作业
编辑或建立批处理
打开外部编辑器 编辑输出文件
弥散函数（Diffuse Function）
高角动量基组（High Anglar Momenture BS）
有效核势基组（Effective Core Potential BS）
基 组
半经验方法
半经验方法的局限性
Hartree-Fock理论的局限性
电子相关和后SCF方法
电子相关和后SCF方法
Title Section
Title部分必须输入，但是程序并不执行，起标识和说明作用
Charge & Multipl.
输入分子的电荷和自旋多重度 例：
H2O H3O+ · NO O2
电荷 0 1 0 0 多重度2s+1 1 1 2 2
电荷多重度部分通常也算作分子说明
Molecular Specification
势能面（PES） 将总能按泰勒级数展开
势能面（PES）
对于多原子分子体系，其能量对位置的二 阶偏导数矩阵可以表示为：
势能面（PES）
通过正则变换,可以找到一组坐标ξi (i=1, 2, …, 3N-6)使上述Hessian Matrix对角化：
寻找极小点
几何优化默认的收敛标准：
OPT输出文件
% 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 Molecule Specification 分子说明
Gaussian作业的格式
%chk=water.chk %rwf=water.rwf #p hf/6-31g scfcyc=250 scfcon=8 % Section： 行首以%开始，段后无空行 Route Section：行首以#开始，段后加空行
Density=CheckPoint
动力学计算 计算核的受力 波函数稳定性测试 计算分子体积 仅计算布居分析 仅作分子轨道初猜 从.chk文件中提取存档
Guess=Only
ReArchive
Route Section采用自由格式，大小写不敏感
同一行不同项之间可以使用空格，逗号和“/”连接；
通过右手规则确定
例1：使用HF方法，优化 H2O2分子
%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt
%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt H2O2 energy calculation 01 H 0.000 0.000 O 0.000 0.900 O 1.350 1.262 H 1.464 1.742
Route Section主要由方法，基组，任务类型三部分组成
方法与基组 Gaussian程序能完成的任务类型： Sp Opt Freq Irc IrcMax Scan Polar 单点能量计算（默认任务类型） 分子几何结构优化 振动分析 反应途径计算 在指定反应途径上找能量最大值 势能面扫描 极化率和超极化率计算 ADMP&BOMP Force Stable Volume
H2O2 energy calculation
01 H O 1 0.9 O 2 1.4 1 105.0 H 3 0.9 2 105.0 1 120.0
内坐标表示
0.000 0.000 0.000 -0.752
笛卡尔直角坐标表示
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
OPT输入文件格式
寻找过渡态
复杂体系的优化
上机练习
频率分析
频率分析输入文件
频率分析输出信息
频率分析输出信息 预测红外和拉曼光谱
频率分析输出信息 频率和零点能校正因子
频率分析输出信息
热化学
频率分析输出信息
零点能和热能
频率分析输出信息 极化率和超极化率
频率分析输出信息
表征驻点的性质
%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
例：#p hf/6-31g scfcyc=230 scfcon=8 #p,hf/6-31g,scfcyc=230,scfcon=8
关键词可以通过 keyword =option,keyword(option), keyword=(option1, option2, ...)，keyword( option1, option2, ...)指定 例：#p HF/STO-3G opt #p HF/STO-3G opt=(TS,readfc)
例2： C2H4分子
平面形分子
# HF/STO-3G OPT
C2H4 opt
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 r1=1.32 r2=1.09 a1=120.0
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
密度泛函理论（DFT）方法
不同理论方法的资源消耗
L0
Gaussian
Overlay0
L001 L101 L102 L122
Gaussian 程序的结构
Overlay1
link0: 初始化程序，控制overlay link1: 读入并处理Route Section， 建立要执行的link列表
link9999: 终止计算
单点能计算（SP）
单点能计算关键词设置
输入文件格式
输出文件的信息
输出文件的信息
分子轨道和轨道能级
分子轨道和电荷分布
HOMO和LUMO轨道
电荷分布
输出文件的信息
核磁计算
甲烷的NMR化学位移： 195.1196-199.0522＝-3.9 ppm
上机练习
几何构型优化（OPT）
势能面（PES）
频率分析输出信息 表征驻点的性质
上机练习
反应途径
反应途径 精确的方法：IRC
反应途径 用IRC方法研究反应途径的步骤:
反应途径 与甲醛有关反应的途径:
反应途径 第一个反应：甲醛的解离
反应途径 计算过渡态能量的方法