入门实操Gaussian量子化学、LAMMPS分子动力学模拟

一、 背景：

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。

LAMMPS是一款经典的分子动力学软件，免费开源，可以模拟液态、固态或气态的粒子的系综。也可以采用不同的力场和边界条件来模拟全原子，聚合物，生物，固态（金属、陶瓷，氧化物），粒状和粗料化体系。LAMMPS可以计算的体系小至几个粒子，大到上百万甚至是上亿个粒子。同时lammps代码可以修改和扩展，可以方便的为之扩展上新特征和功能来匹配课题的个性化需求。

应新老客户的培训学习需求，特举办“Gaussian量子化学计算、LAMMPS分子动力学模拟”专题培训课程，具体通知如下：

二、目录：

专题一：Gaussian量子化学计算技术与应用

2023年06月23日-06月24日 在线直播（授课两天）

2023年07月01日-07月02日 在线直播（授课两天）

专题二：LAMMPS分子动力学模拟技术与应用

2023年06月22日-06月24日 在线直播（授课三天）

2023年07月01日-07月02日 在线直播（授课两天）

三、特色：

本次计算课程专门为化学、材料科学领域量身打造，共分为两个个专题，采用全方位的课程体系设计，在线直播教学，课后提供无限次回放视频，发送全部案例资料，建立永不解散的课程群，在班级群内可以和相同领域内的老师同学互动交流问题，让学习不再是一个人的孤独求索。

四、课表：

专题一 ：“Gaussian量子化学计算技术与应用”培训大纲

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
2Gaussian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
3Linux、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

4Gaussian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）
5Gaussian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

6Gaussian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
7Gaussian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IR
7.3 拉曼光谱RAMAN
7.4 核磁共振谱NMR
7.5 电子/振动圆二色谱（ECD/VCD）
7.6 外加电场与磁场(Field)
8Gaussian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
9Gaussian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

10Gaussian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
11Gaussian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）
12Gaussian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ESIPT
12.3晶体结构及分子建模
12.4QM/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 Volume204, August 2022, 110396 )
13Gaussian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

专题二：“LAMMPS分子动力学模拟技术与应用”培训班大纲（第二十二期）

第一天 上午     LAMMPS基础入门

1 LAMMPS的基础入门——初识LAMMPS是什么？能干什么？怎么用？
1.1 LAMMPS在win10和ubuntu系统的安装及使用
1.2 in文件结构格式
1.3 in文件基本语法：结合实例，讲解in文件常用命令
1.4 data文件格式
1.5 LAMMPS常见错误解决途径
实例操作：运行并理解跟自己科研方向相近的例子

第一天 下午     LAMMPS进阶（石墨烯、金属材料模拟专题）

2 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率
实例操作：
2.1 把剪切模型转换成拉伸模型
2.2 lattice命令石墨烯、金属、合金、高熵合金不同形状模型
2.3 石墨烯(不同力场)、金属、合金、高熵合金等拉伸剪切力学性质模拟

第二天 上午     LAMMPS进阶（纳米流体模拟专题）

3 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率

实例操作：
3.1 把二维couette和poiseuille流动扩展成三维模型
3.2 建立三维管道内的poiseuille流动
3.3 进行石墨烯通道内的Couette流动和Poiseuille流动模拟
3.4 调节通道表面电荷性质、亲疏水性质，分析其对流动性质的影响
3.5 学习使用packmol，建立复杂混合溶液体系模型
3.6 模拟KCl等盐溶液的纳米流体流动

第二天 下午     LAMMPS进阶（热传导模拟专题） 

4 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率
实例操作：
4.1 理解导热系数意义
4.2 掌握lammps计算导热系数的几种方法
4.3 碳纳米管等导热系数的模拟计算

第三天 上午     LAMMPS进阶（多成分体系模拟专题）

5 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率
实例操作：
5.1 金属、合金、高熵合金的摩擦模拟
5.2 材料切削模拟
5.3 夹层结构(graphene/C60/graphene)在不同粗糙度条件下的摩擦模拟

第三天 下午     LAMMPS进阶（金属、半导体材料的辐照模拟）

6 离子辐照对石墨烯、金属、碳化硅的离位损伤模拟
6.1 建立模拟体系的初始模型
6.2 PKA动能、位移随时间变化
6.3 点缺陷结构可视化 6.4 点缺陷的数量随时间变化
6.5 点缺陷的空间分布及演化过程备选内容，根据课堂进度和学员情况VMD、OVITO、msi2lmp等有机小分子建模，模型合并及模拟轨迹文件处理等

第四天 上午     LAMMPS高级（自建分子力场参数文件和金属有机框架材料晶体模型）

7 LAMMPS分子力场文件创建及MOFs材料建模
7.1 介绍固体材料单晶包试验数据结构，掌握基本的材料几何特征
7.2 利用MS软件构建MOFs材料单晶包模型和H2和CO2分子模型
7.3 讲解分子作用势能函数，学习编写MS软件中的力场参数文件（off文件）
7.4 简单介绍巨正则系综Monte Carlo方法
7.5 利用Sorption模块将H2和CO2分子插入到MOFs材料
7.6 编写LAMMPS力场文件（frc文件），并通过lammps程序生成data文件
7.7 运行能量最小化及体系的预松弛
7.8 模拟步骤：包括能量最小化NVT平衡，对研究目标的性质进行长时间轨迹平衡-输出研究所关心的性质。
实例操作：金属有机框架（MOFs）储氢和碳捕集模拟，计算密度分布，分子的MSD等性质

第四天 下午LAMMPS高级（分子筛纳米膜分离H2/CO2混合气体模拟）

8 研究H2/CO2在ZIF-7膜材料中分离性能——模拟文献Science 346 (6215), 1356-1359的分离过程

8.1 利用MS软件构建ZIF-7膜材料单晶包
8.2 设计H2/CO2与ZIF-7体系模型
8.3 自定义分子力场文件（frc文件），通过lammps程序生成data文件
8.4 运行能量最小化及体系的预松弛
8.5 模拟步骤：包括能量最小化NVT平衡，对研究目标的性质进行长时间轨迹平衡-输出研究所关心的性质。
实例操作：VMD中查看可视化的动态轨迹，计算密度分布，分子的MSD等，抽取轨迹的动能、势能、总能量等相关数据，对轨迹进行初步分析。

第五天上午     LAMMPS高级（ReaxFF碳氢化合物的燃烧）

9 利用ReaxFF模块研究碳氢化合物的燃烧
9.1 ReaxFF反应力场概述
9.2 碳氢化合物和氧气分子体系的构建
9.3 能量最小化及常温弛豫
9.4 升温模拟
9.5 高温下氧化过程的模拟
9.6 轨迹分析及产物物种分析与可视化
实例操作：碳氢化合物燃烧中升温模拟和高温下氧化过程模拟

第五天下午     LAMMPS高级（ReaxFF化学机械抛光）

10 利用ReaxFF模块研究化学机械抛光
10.1 利用 LAMMPS进行复杂体系的建模
10.2 能量最小化及预弛豫
10.3 施压过程模拟 10.4 拉伸过程模拟
10.5 采用 OVITO查看动态轨迹以及数据分析等
实例操作：化学机械抛光施压过程模拟和拉伸过程模拟

五、增值服务：

1、凡报名学员将获得本次所学专题培训书本（或电子）课件及随堂全部案例电子资料；

2、提前发送软件安装及往期部分教学预习视频；

3、培训结束可获得所学专题课程全部无限次回放视频；

4、价格优惠：

优惠一：2023年6月5日前报名缴费任意专题可享受200元优惠；

优惠二：同一人报名两个专题课程可享受额外优惠（具体请咨询招生联系人）

优惠三：老客户推荐的学员可享受额外优惠（具体请咨询招生联系人）

5、参加培训并通过考试的学员，可以获得：北京软研国际信息技术研究院培训中心颁发的专业技能结业证书；

课程的优势？

授课老师皆来自高校一线科研岗位，理论功底扎实，经验丰富，不仅让你知其然，更让你知其所以然。课堂注重学员互动，不仅讲授软件的各种基本操作、进阶操作和文献解析，更带领你学习专题解决方案，学习如何选择合适的理论计算方法，如何分析和解读计算结果，如何判断和把握计算结果的准确性，如何做好理论计算与实验工作的紧密结合。学员更有机会获得老师一对一指导。