Amesp中隐式溶剂模型的使用

用户7592569

发布于 2023-09-03 14:16:55

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发布于 2023-09-03 14:16:55

文章被收录于专栏：量子化学

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：

! 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：

! 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：

>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：

! 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：

>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：