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标题: 如何使用ReaxFF计算键解离能或反应过程体系能量变化情况？ [打印本页]

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Author: liuheng268 时间: 2020-11-3 08:25
标题: 如何使用ReaxFF计算键解离能或反应过程体系能量变化情况？
最近尝试进行了反应力场优化，在验证优化后反应力场的性能时遇到上述问题。文献中有人通过ReaxFF计算反应过程键解离能或反应过程体系能量变化，然后与DFT计算结果或实验结果对比。请教大家怎样实现上述计算？
感谢！

作者
Author: sobereva 时间: 2020-11-4 04:23
你就去算，然后对比就行了，不知道你卡在哪里。如果计算程序不会用就去学就完了

作者
Author: xinxinup 时间: 2021-11-3 09:55
本帖最后由 xinxinup 于 2021-12-12 21:10 编辑

思路：将A分子拆分为B和C两个片段，键解离能=B能量+C能量-A能量
若用Lammps的话，用量化的构型，run 0输出势能即可得到能量。
注意：量化和ReaxFF保持一致，个人觉得可以将势能作对比，也可以将273.15K或者0K下的焓值做计算对比。

作者
Author: huisang 时间: 2021-12-2 18:33

xinxinup 发表于 2021-11-3 09:55
思路：将A分子拆分为B和C两个片段，键解离能=B能量+C能量-A能量
若用Lammps的话，run 0输出势能即可得到能 ...

老师您好，想请教您一下，使用ReaxFF如何能计算键解离能呢，run=0时的势能不应该是体系的整体势能吗？如何看出两个原子间的键解离能呢？实在不懂这个怎么计算的请教您，谢谢您

作者
Author: wzkchem5 时间: 2021-12-2 18:47

huisang 发表于 2021-12-2 11:33
老师您好，想请教您一下，使用ReaxFF如何能计算键解离能呢，run=0时的势能不应该是体系的整体势能吗？如 ...

如果已经知道要算哪根键的键解离能，那不要用ReaxFF，精度太低了，起码用DFT。
ReaxFF只适用于体系有很多键都有可能断，不知道要断哪些，只能跑动力学来模拟的情形。

作者
Author: huisang 时间: 2021-12-3 18:31

wzkchem5 发表于 2021-12-2 18:47
如果已经知道要算哪根键的键解离能，那不要用ReaxFF，精度太低了，起码用DFT。
ReaxFF只适用于体系有很 ...

老师您好，首先非常感谢您耐心解答我的问题，我还有个问题想请教您。
我利用ReaxFF/lg力场进行分子动力学，将优化和弛豫后的键长键角与实验值对比以验证力场的适用性，投稿后收到编辑意见：
编辑意见： To verify the ReaxFF/lg force field, the bond length and angle of ReaxFF MD are compared with experimental values. However, why not investigate the bond dissociation energy, which is more important for the bond breaking and formation.
问题：研究键解离能和验证力场有什么关系呢?
难道是将经过ReaxFF/lg力场优化和弛豫后的分子提取出来利用DFT算键解离能吗？可是算键解离能前需要先对分子进行优化，那不就与原分子不同了吗？我该怎么进行下一步工作呢，或者是怎么回复审稿人呢？
特别感谢老师的解答，谢谢您。

作者
Author: wzkchem5 时间: 2021-12-3 19:49

huisang 发表于 2021-12-3 11:31
老师您好，首先非常感谢您耐心解答我的问题，我还有个问题想请教您。
我利用ReaxFF/lg力场进行分子动力 ...

只有当验证非反应性力场的时候，才不需要用键解离能。网上有的人会泛泛地说，验证力场只需要平衡结构、二面角扭转profile、非共价结合能之类的就够了，但是这个结论是只适用于非反应性力场的。验证反应性力场必须证明你实际模拟的时候断的键的键解离能是准确的，那些实际模拟里肯定不会断的键可以不用验证键解离能。
验证解离能有三种方法：（1）用ReaxFF优化的结构在ReaxFF级别下算键解离能，用DFT优化的结构在DFT级别下算键解离能，两者比较；（2）用DFT优化的结构在ReaxFF级别下算键解离能，用DFT优化的结构在DFT级别下算键解离能，两者比较；（3）用ReaxFF优化的结构在ReaxFF级别下算键解离能，用ReaxFF优化的结构在DFT级别下算键解离能，两者比较。三种方法差别不大，都可以用。键解离能虽然要用优化的结构，但是优化结构的理论级别可以和单点能理论级别不一致，所以不一定要用DFT优化

作者
Author: lining 时间: 2021-12-4 17:37

huisang 发表于 2021-12-3 18:31
老师您好，首先非常感谢您耐心解答我的问题，我还有个问题想请教您。
我利用ReaxFF/lg力场进行分子动力 ...

老师您好，我刚接触ReaxFF力场，我想请教一下，一般使用反应力场算的模拟结果怎么验证啊？力场验证或者实验验证都行么？

作者
Author: fineren 时间: 2021-12-4 19:04

wzkchem5 发表于 2021-12-3 19:49
只有当验证非反应性力场的时候，才不需要用键解离能。网上有的人会泛泛地说，验证力场只需要平衡结构、二 ...

请问这样操作有没有参考文献？我也对这个问题很疑惑，一直没看到相关文献，看到的文献都是对比晶胞参数、键长键角

作者
Author: wzkchem5 时间: 2021-12-4 19:22

fineren 发表于 2021-12-4 12:04
请问这样操作有没有参考文献？我也对这个问题很疑惑，一直没看到相关文献，看到的文献都是对比晶胞参数、 ...

你确定看到的文献是验证反应性力场吗？反应性力场和非反应性力场的做法很不一样的。
可以看一下ReaxFF原始文献J. Phys. Chem. A 2001, 105, 9396-9409，可以看到其实不止算解离能，要算很多条完整的解离曲线。只算解离能也可能够，但是连解离能都不算肯定是不够的，不然拿什么保证你的力场可以合理描述键的断裂

作者
Author: huisang 时间: 2021-12-4 20:17

wzkchem5 发表于 2021-12-3 19:49
只有当验证非反应性力场的时候，才不需要用键解离能。网上有的人会泛泛地说，验证力场只需要平衡结构、二 ...

老师您好，非常谢谢您耐心的解答。
关于您所说的“用ReaxFF优化的结构在ReaxFF级别下算键解离能”我有两点疑问。
（1）怎么样在ReaxFF级别下算键解离能呢？是把优化弛豫完后的超晶胞中的分子提取出来算键解离能吗？该怎么算呢？（我没用过反应性力场算过键解离能，不是很懂，不好意思。我使用的是LAMMPS软件）
（2）您前面所回复的“ReaxFF用来算键解离能精度很低，不太适合用来算键解离能”，那在ReaxFF级别下算键解离能和DFT级别下算键解离能对比会不会差别挺大的。
在此，附上一篇相关的参考文献以供参考。
Atomic-scale insight into the pyrolysis of polycarbonate by ReaxFF-based reactive molecular dynamics simulation（https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119484）

作者
Author: wzkchem5 时间: 2021-12-4 21:05

huisang 发表于 2021-12-4 13:17
老师您好，非常谢谢您耐心的解答。
关于您所说的“用ReaxFF优化的结构在ReaxFF级别下算键解离能”我有两 ...

（1）和DFT算键解离能一样的，做结构优化（等价于在0K下弛豫），然后读取优化收敛后的体系能量就行了。如果算单点的级别和优化的级别不一样，那么还需要单独做一个单点计算。
（2）差别并不是必然很大。所谓的精度低不是说误差必然大，而是不能确保误差小。

作者
Author: xinxinup 时间: 2021-12-15 21:57

huisang 发表于 2021-12-2 18:33
老师您好，想请教您一下，使用ReaxFF如何能计算键解离能呢，run=0时的势能不应该是体系的整体势能吗？如 ...

和DFT计算离解能的过程是一样的，把DFT计算的构型拿过来，跑ReaxFF-MD。
如果加上初始速度，run 0就可以得到势能和动能。

作者
Author: TinnKuka 时间: 2022-2-18 18:58

xinxinup 发表于 2021-12-15 21:57
和DFT计算离解能的过程是一样的，把DFT计算的构型拿过来，跑ReaxFF-MD。
如果加上初始速度，run 0就可以 ...

老师您好，我现在正在用Reaxff计算DFT优化的结构的解离能，与DFT计算的解离能作比较。看了您上面Reaxff计算解离能的步骤，请问我的理解对吗？
1. 将DFT优化的结构A在Reaxff力场下300K run 0 得到势能；
2. 同理，将两个片段结构B、C在Reaxff力场下300K run 0 得到势能；
3. 键解离能BDE=pe(B)+pe(C)-pe(A)
为了得到BDE v.s distance曲线，改变A中键长，重复1步骤，得到不同键长下A的势能，再按3计算得到对应键解离能。
期待您的回复，谢谢！:)

作者
Author: TinnKuka 时间: 2022-2-20 05:55

wzkchem5 发表于 2021-12-4 21:05
（1）和DFT算键解离能一样的，做结构优化（等价于在0K下弛豫），然后读取优化收敛后的体系能量就行了。如 ...

老师您好，我现在正在用Reaxff计算DFT优化的结构的解离能，与DFT计算的解离能作比较。请问我对Reaxff计算解离能的步骤的理解正确吗？
1. 将DFT优化的结构A在Reaxff力场下300K run 0 得到势能；
2. 同理，将两个片段结构B、C在Reaxff力场下300K run 0 得到势能；
3. 键解离能BDE=pe(B)+pe(C)-pe(A)
为了得到BDE v.s distance曲线，改变A中键长，重复1步骤，得到不同键长下A的势能，再按3计算得到对应键解离能。
期待您的回复，谢谢！:)

作者
Author: 413 时间: 2022-2-20 06:59

TinnKuka 发表于 2022-2-20 05:55
老师您好，我现在正在用Reaxff计算DFT优化的结构的解离能，与DFT计算的解离能作比较。请问我对Reaxff计算 ...

对的。就是分别用DFT和Reaxff扫两个势能曲线，比较下

作者
Author: wzkchem5 时间: 2022-2-20 08:01

TinnKuka 发表于 2022-2-19 22:55
老师您好，我现在正在用Reaxff计算DFT优化的结构的解离能，与DFT计算的解离能作比较。请问我对Reaxff计算 ...

BDE只对平衡结构有定义，如果改变了键长，不是平衡结构了，就不存在BDE的概念了。所以不存在“BDE v.s distance曲线”这个东西

作者
Author: TinnKuka 时间: 2022-2-21 16:43

wzkchem5 发表于 2022-2-20 08:01
BDE只对平衡结构有定义，如果改变了键长，不是平衡结构了，就不存在BDE的概念了。所以不存在“BDE v.s di ...

谢谢老师，那请问在reaxff力场原始文献里bond dissociation曲线是通过改变键长来计算能量得到的吗？

作者
Author: wzkchem5 时间: 2022-2-21 17:04

TinnKuka 发表于 2022-2-21 09:43
谢谢老师，那请问在reaxff力场原始文献里bond dissociation曲线是通过改变键长来计算能量得到的吗？

bond dissociation曲线是能量对键长作图，不是BDE对键长作图。这和你关心的BDE是两个概念。

作者
Author: TinnKuka 时间: 2022-2-21 18:16

wzkchem5 发表于 2022-2-21 17:04
bond dissociation曲线是能量对键长作图，不是BDE对键长作图。这和你关心的BDE是两个概念。

谢谢老师，但我还是不太明白。bond dissociation曲线不是bond dissociation energy吗？（见https://doi.org/10.1021/jp004368u）还是说我们所说的BDE=E(B)+E(C)-E(A)不是bond dissociation energy？谢谢老师耐心解答。

作者
Author: wzkchem5 时间: 2022-2-21 19:58

TinnKuka 发表于 2022-2-21 11:16
谢谢老师，但我还是不太明白。bond dissociation曲线不是bond dissociation energy吗？（见https://doi.o ...

你可以看到文献里图的纵坐标是energy，不是bond dissociation energy。所以虽然图的名字里面有bond dissociation的字样，但是纵坐标的名字里没有bond dissociation。

作者
Author: TinnKuka 时间: 2022-2-21 21:58

wzkchem5 发表于 2022-2-21 19:58
你可以看到文献里图的纵坐标是energy，不是bond dissociation energy。所以虽然图的名字里面有bond disso ...

原来如此，所以原始文献中的energy以及这篇文献（https://doi.org/10.1021/jp709896w）中的relative energy都不是bond dissociation energy吗？如果不是的话，只是体系总能量对bond distance作图吗？谢谢老师！

作者
Author: wzkchem5 时间: 2022-2-21 23:41

TinnKuka 发表于 2022-2-21 14:58
原来如此，所以原始文献中的energy以及这篇文献（https://doi.org/10.1021/jp709896w）中的relative ener ...

对，一般要么用体系总能量，要么用体系能量减去解离产物的能量之和，要么用体系能量减去平衡位置处的体系能量。
bond dissociation energy是解离产物的能量之和减去平衡位置处的体系能量（这里暂不考虑ZPE等因素），所以解离曲线上只有一个点对应的是bond dissociation energy，也就是平衡位置处，其他点处的能量都不是bond dissociation energy。而且即便是平衡位置处的能量，也不一定直接等于bond dissociation energy，而是取决于作图的时候有没有减别的能量、减的是哪个能量，可能需要一定的换算才能得到bond dissociation energy。

作者
Author: TinnKuka 时间: 2022-2-22 05:01

wzkchem5 发表于 2022-2-21 23:41
对，一般要么用体系总能量，要么用体系能量减去解离产物的能量之和，要么用体系能量减去平衡位置处的体系 ...

所以只能称它是relative energy。原来如此！多谢老师耐心解答我的疑问，非常感谢！:)

作者
Author: xinxinup 时间: 2024-10-29 09:00

TinnKuka 发表于 2022-2-20 05:55
老师您好，我现在正在用Reaxff计算DFT优化的结构的解离能，与DFT计算的解离能作比较。请问我对Reaxff计算 ...

是的，是这个流程

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