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标题: CP2K XTB与PBE方法优化MOF结构不合理的问题 [打印本页]
作者
Author: 函数与激情    时间: 2021-11-3 10:46
标题: CP2K XTB与PBE方法优化MOF结构不合理的问题
本帖最后由 函数与激情 于 2021-11-3 10:57 编辑

大家好，我想在CP2K中使用xtb方法优化MOF分子ZIF8，但是在优化过程中发现结构完全垮掉，想询问大家有没有办法处理一下~后续也尝试了PBE-D3优化，结构依然会垮掉，见下图
ZIF8中心离子是四配位Zn2+，配体是中性的咪唑杂环，我的算例中包含了四个锌离子，因此整体的化合价定义为+8价，在CP2K PBE-D3方法优化失败后为了验证是不是化合价太高的原因我使用xtb-6.3.2在无周期性的情况下优化了此结构，收敛后的结构很稳定，看起来较为合理。

欢迎大家指正，谢谢！

CP2K优化的输入文件
  1. #Generated by Multiwfn
  2. &GLOBAL
  3.   PROJECT em
  4.   PRINT_LEVEL LOW
  5.   RUN_TYPE GEO_OPT
  6. &END GLOBAL

  8. &FORCE_EVAL
  9.   METHOD Quickstep
  10.   &SUBSYS
  11.     &CELL
  12.       ABC 16.8815 16.8815 40
  13.       PERIODIC XYZ #Direction of applied PBC (geometry aspect)
  14.     &END CELL
  15.     &TOPOLOGY
  16. !     &CENTER_COORDINATES #Centering the atoms in the box
  17. !     &END
  18.       COORD_FILE_FORMAT XYZ
  19.       COORD_FILE_NAME cc.xyz
  20.     &END
  21.   &END SUBSYS

  23.   &DFT
  24.     BASIS_SET_FILE_NAME  BASIS_MOLOPT
  25.     POTENTIAL_FILE_NAME  POTENTIAL
  26.     WFN_RESTART_FILE_NAME em-RESTART.wfn
  27.     CHARGE   8 #Net charge
  28.     MULTIPLICITY    1 #Spin multiplicity
  29.     &QS
  30.       EPS_DEFAULT 1E-10 #This is default. Set all EPS_xxx to values such that the energy will be correct up to this value
  31.     &END QS
  32.     &POISSON
  33.       PERIODIC xyz #Direction(s) of PBC for calculating electrostatics
  34.       PSOLVER ANALYTIC #The way to solve Poisson equation
  35.     &END POISSON
  36.     &XC
  37.       &XC_FUNCTIONAL PBE
  38.       &END XC_FUNCTIONAL
  39.       &VDW_POTENTIAL
  40.         POTENTIAL_TYPE PAIR_POTENTIAL
  41.         &PAIR_POTENTIAL
  42.           PARAMETER_FILE_NAME dftd3.dat
  43.           TYPE DFTD3
  44.           REFERENCE_FUNCTIONAL PBE
  45.         &END PAIR_POTENTIAL
  46.       &END VDW_POTENTIAL
  47.     &END XC
  48.     &MGRID
  49.       CUTOFF 500
  50.       REL_CUTOFF 50
  51.     &END MGRID
  52.     &SCF
  53.       MAX_SCF 256 #Should be set to a small value (e.g. 30) if enabling outer SCF
  54.       EPS_SCF 1.0E-05 #Convergence threshold of density matrix during SCF
  55.       SCF_GUESS RESTART #Use wavefunction from WFN_RESTART_FILE_NAME file as initial guess
  56.       &OT
  57.         PRECONDITIONER FULL_SINGLE_INVERSE #Usually best but expensive for large system. Cheaper: FULL_SINGLE_INVERSE and FULL_KINETIC (default)
  58.         MINIMIZER DIIS #CG is worth to consider in difficult cases
  59.         LINESEARCH 2PNT #1D line search algorithm for CG. 2PNT is default, 3PNT is better but more costly. GOLD is best but very expensive
  60.       &END OT
  61.     &END SCF
  62.   &END DFT
  63. &END FORCE_EVAL

  65. &MOTION
  66.   &GEO_OPT
  67.     TYPE MINIMIZATION #Search for minimum
  68.     OPTIMIZER BFGS #Can also be CG (more robust for difficult cases) or LBFGS
  69.     &BFGS
  70.       TRUST_RADIUS 0.2 #Trust radius (maximum stepsize) in Angstrom
  71.     &END BFGS
  72.     MAX_ITER 256 #Maximum number of geometry optimization
  73.     #The following thresholds of geometry convergence are the default ones
  74.     MAX_DR 3E-3 #Maximum geometry change
  75.     RMS_DR 1.5E-3 #RMS geometry change
  76.     MAX_FORCE 4.5E-4 #Maximum force
  77.     RMS_FORCE 3E-4 #RMS force
  78.   &END GEO_OPT
  79.   &PRINT
  80.     &RESTART
  81.       BACKUP_COPIES 0 #Maximum number of backing up restart file
  82.     &END RESTART
  83.   &END PRINT
  84. &END MOTION
复制代码



作者
Author: wth1219    时间: 2021-11-3 12:12
根据个人使用经验提供两点建议：
1. 周期性边界条件下的计算中盒子的a、b两边似乎不足以消除镜像之间的相互作用；
2. CP2K也可以开展非周期性边界条件下的计算，如果使用POISSON_SOLVER MT的话要求盒子足够大。
作者
Author: 丁越    时间: 2021-11-3 14:26
本帖最后由 丁越 于 2021-11-3 14:34 编辑

你到底是要优化晶胞还是要优化结构？看你的意思应该是属于优化晶胞，改成CELL_OPT。
另外优化晶胞把这个搞成类似于Slab模型干什么，ABC得是晶胞边长。MOF的话a~15埃就够了，不够的话下面的过程在多个扩胞（-9,3）。

将zif-8的cif载入Multiwfn
cp2k
-1
4
3
2
4
5
0
就ok了
作者
Author: 函数与激情    时间: 2021-11-3 19:30
wth1219 发表于 2021-11-3 12:12
根据个人使用经验提供两点建议：
1. 周期性边界条件下的计算中盒子的a、b两边似乎不足以消除镜像之间的相 ...

谢谢回复，a,b两边的盒子大小应该是没有问题的，和实验上的cif文件中的尺寸几乎相当，而且化合价0价的情况下优化出来的情况是和气相中的情况也是较为类似的，+8价就会突然坍塌。
作者
Author: 函数与激情    时间: 2021-11-3 19:31
丁越 发表于 2021-11-3 14:26
你到底是要优化晶胞还是要优化结构？看你的意思应该是属于优化晶胞，改成CELL_OPT。
另外优化晶胞把这个搞 ...

谢谢回复，我是优化结构，晶胞也尝试优化过，依然会散掉。
作者
Author: 函数与激情    时间: 2021-11-3 19:47
抱歉，问题可能找到了，配体是带单个电子的，不是电中性，整体不该是+8价，这应该是结构坍塌的原因。
作者
Author: 喵星大佬    时间: 2021-11-4 00:18
函数与激情 发表于 2021-11-3 19:47
抱歉，问题可能找到了，配体是带单个电子的，不是电中性，整体不该是+8价，这应该是结构坍塌的原因。

我就想不应该有问题，去年用xtb算过ZIF8的团簇是OK的，这种问题多半是电荷/自旋没搞对
作者
Author: renzhogn424    时间: 2021-11-4 08:47
请问一下，用xtb6.3.2优化非周期的时候，你冻结边缘原子么？？还是抠出一个晶胞直接优化？
作者
Author: 函数与激情    时间: 2021-11-4 09:44
renzhogn424 发表于 2021-11-4 08:47
请问一下，用xtb6.3.2优化非周期的时候，你冻结边缘原子么？？还是抠出一个晶胞直接优化？

没有冻结原子，不是一个完整的晶胞，结构你可以看我的附件cc.xyz
作者
Author: renzhogn424    时间: 2021-11-4 12:04
函数与激情 发表于 2021-11-4 09:44
没有冻结原子，不是一个完整的晶胞，结构你可以看我的附件cc.xyz

好的，谢谢。我自己也常常拿个片段出来跑。跑着跑着 散了
作者
Author: jy1165254033    时间: 2024-8-22 14:05
函数与激情 发表于 2021-11-3 19:47
抱歉，问题可能找到了，配体是带单个电子的，不是电中性，整体不该是+8价，这应该是结构坍塌的原因。

请问电荷和自旋应该设置成多少，我也需要算ZIF8



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