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标题: 使用orca计算铁团簇和甲烷的吸附,铁表面发生变形,这是为何? [打印本页]

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牧生    时间: 2023-11-3 07:31
标题: 使用orca计算铁团簇和甲烷的吸附,铁表面发生变形,这是为何?
本帖最后由 牧生 于 2023-11-3 08:32 编辑

很久以前就读了此文http://sobereva.com/540,想尝试一下计算铁团簇与有机分子的吸附,因此自行发挥了点。
  1. 第一个步骤
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使用CP2K培训班里面的Fe.cif,用Multiwfn扩胞后,用gv删除一部分,建立仅有两层铁原子的团簇,且铁原子数量为偶数个(我知道应该至少建立三层,但这里为了图快,就只有两层),在表面放了一个甲烷,冻结底部和四周的铁原子进行优化。
第一个问题:如果不知道体系开壳层闭壳层的话,那么无脑就把金属团簇的原子总数量弄成偶数个,那么该团簇就必然是闭壳层,会省很多事?
第二个问题:直接建立的铁胞体后,有没有必要再进行切割晶胞,将甲烷放在不同的切割面的表面??为什么要切割晶胞?如果不切,直接使用任何一个面作为研究的表面,又会怎么样?如果把甲烷放的距离铁表面比较近或者远,优化都会进行不下去,然而靠化学直觉,把甲烷放在一个合适的位置,则会比较顺利收敛。这个“化学直觉”,对量化新手比较不友好。
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使用的输入文件如下:
! PBE0 D3 def2-SV(P) def2/J RIJCOSX opt noautostart miniprint nopop
%maxcore 1000
%pal nprocs  6 end
%geom
  Constraints
省略***********
  end
end
* xyz   0   1                #第三个问题:在CP2K的培训班里,讲到了bcc铁自旋多重度,设了也不起作用,于是我这里也就只设为1,这样究竟合适吗?如果不合适,那么该设置为多少呢?有些文献中,认为单质铁的自旋多重度应该是5,有些文献甚至把铁团簇的自旋多重度设为几十上百都有。如果铁表面放了一个O2分子,那么自旋多重度应该设为3吗?
省略****************

完整的输入文件在此:
(, 下载次数 Times of downloads: 1)


  1. 第二个步骤
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2. CPU是13900K,用了6核,优化了35个小时,终于结束,但是没有冻结的铁原子向内部凹陷了。。
第四个问题:按理说,冻结的铁原子当然是稳如泰山,没有冻结的铁原子也应该几乎纹丝不动,但这里明显凹陷了,是因为PBE0不合适吗?如果PBE0不合适优化铁团簇,那用什么级别会更好呢?或者因为团簇不够大吗?或者别的什么原因呢?
(, 下载次数 Times of downloads: 9)


  1. 第三个步骤
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我寻思r2scan-3c来计算这个体系单点能的话,应该也不错,没必要非要抱着PBE0。使用优化后的结构计算单点,用了r2scan-3c,但是跑了一夜来看,没有收敛,停止了。关键词如下:

! r2SCAN-3c noautostart miniprint nopop
%maxcore  1000
%pal nprocs   6 end
* xyz   0   1
以下省略***************


*****************************************************
               *                      ERROR                        *
               *        SCF NOT CONVERGED AFTER 1230 CYCLES         *
               *****************************************************
  Last Energy change         ...    0.0000e+00  Tolerance :   1.0000e-06
  Last Orbital Gradient      ...    1.8242e-02  Tolerance :   5.0000e-05
  Last Orbital Rotation      ...    1.9619e-01
     --------------------------------------------------------------------
                                      ERROR
     This wavefunction IS NOT CONVERGED!
     And it is 'too far' from meeting the convergence thresholds.
     Aborting ...
     Please restart calculation (with larger maxiter?)
     --------------------------------------------------------------------
ORCA finished by error termination in SCF
Calling Command: mpirun -np 6  /home/jing/software/orca504/orca_scf_mpi Fe.gbw b Fe
[file orca_tools/qcmsg.cpp, line 465]:
  .... aborting the run



但是,使用PBE0级别计算单点,就能顺利结束
! PBE0 D3 def2-TZVP def2/J RIJCOSX noautostart miniprint nopop


第五个问题:这是因为普通泛函和杂化泛函的区别吗?               


作者
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zjxitcc    时间: 2023-11-3 08:43
本帖最后由 zjxitcc 于 2023-11-3 08:46 编辑

建议放弃。这种团簇使用孤立体系的程序目前算不了,即使侥幸有哪次计算normal termination,结果也丝毫不可靠。

(1)“无脑就把金属团簇的原子总数量弄成偶数个,那么该团簇就必然是闭壳层”完全不是这样的。偶数个电子的体系不一定是单重态,也可以是三重态、五重态等等,因此未必是闭壳层。至于到底什么自旋还得看切的方式、边缘饱和方式、体系特点,所以十分麻烦。即使侥幸是单重态(或者你就只想算单重态),则它必然不是闭壳层单重态,而是拥有巨量自由基特征的开壳层单重态,因为这里面每个Fe是开壳层的,要自旋反平行耦合成整体单重态,会有大量未成对电子。DFT无法描述这样的孤立体系,无论哪种泛函,所以不用特意问PBE0。

(2)边缘没有处理或饱和,边界效应过强,离真实周期性体系差距过大。当然,这种体系边缘怎么饱和才合适是个问题。

(3)与O2复合的话,得看你想研究三重态O2,还是研究单重态O2。三重态O2与一个三重态体系复合,整体可以是五重态,也可以是单重态,算了才知道哪个能量低。注意单重态O2是完美双自由基,不是闭壳层的。

(4)这样的孤立体系有大量的SCF解,其中有多个SCF稳定解,不知道该取哪个解进行计算。(这里要黑一下一些人算多核过渡金属连波函数稳定性检验都不做,那这种计算建议彻底不做,节省碳排放)

(5)那么该如何十分严谨地研究这种体系?在遥远的将来使用周期性多参考方法,并考虑多态反应性,考虑多态自旋混合模型。



作者
Author:
sobereva    时间: 2023-11-3 08:50
别用量化程序结合簇模型试图代替第一性原理程序计算d族(不含ds族)金属单质,自找罪受
作者
Author:
牧生    时间: 2023-11-3 09:09
sobereva 发表于 2023-11-3 08:50
别用量化程序结合簇模型试图代替第一性原理程序计算d族(不含ds族)金属单质,自找罪受

谢谢解答。我同时也在用CP2K跑这个模型,等我再折腾一段时间,再来请教。
作者
Author:
wzkchem5    时间: 2023-11-3 14:16
铁是铁磁性的,所以单电子自旋平行。如果强行当自旋反平行优化,等于把铁强行搞成顺磁或者反铁磁相来算,结果当然不能用




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