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[ORCA] 求助ORCA跑AIMD模拟CO2的捕获过程,CO2没有吸附的趋势

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本帖最后由 2877321934 于 2024-12-31 10:50 编辑

各位老师,我在使用ORCA进行AIMD模拟CO2捕获到材料上的过程,已在Gaussian中计算出该捕获过程的过渡态,计算得吉布斯自由能垒为39.1kcal/mol,并跑IRC得到该过程的初始状态如下图

以此结构跑AIMD,但是已经模拟了571fs了,打开轨迹xyz文件一看CO2非但没有吸附上去的趋势,还明显有飞走的趋势,如下图

我的输入文件如下图

没有过多使用AIMD的经验,想请教一下各位老师如何调整使AIMD能模拟出吸附效果

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发表于 Post on 2024-12-31 13:33:22 | 只看该作者 Only view this author
39.1 kcal/mol的势垒就算挺高了,如果CO2不以足够的速度和恰到好处的朝向、方位去碰撞反应物,反应发生不了,而是往往发生弹性碰撞就跑掉了。这就像打鸟一样,不是随便一打就能打中的


北京科音高级量子化学培训班(http://www.keinsci.com/KAQC)里给了丰富的AIMD的例子,像下面这些,相对位置、朝向都是恰到好处的




北京科音自然科学研究中心http://www.keinsci.com)致力于计算化学的发展和传播,长期开办极高质量的各种计算化学类培训:初级量子化学培训班中级量子化学培训班高级量子化学培训班量子化学波函数分析与Multiwfn程序培训班分子动力学与GROMACS培训班CP2K第一性原理计算培训班,内容介绍以及往届资料购买请点击相应链接查看。这些培训是计算化学从零快速入门以及进一步全面系统性提升研究水平的高速路!培训各种常见问题见《北京科音办的培训班FAQ》
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2024-12-31 14:07:24 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 2877321934 于 2024-12-31 14:12 编辑
sobereva 发表于 2024-12-31 13:33
39.1 kcal/mol的势垒就算挺高了,如果CO2不以足够的速度和恰到好处的朝向、方位去碰撞反应物,反应发生不了 ...

谢谢老师的解答,此外您在高级班讲义中提到需要用mdrestart文件来定义初速度,请问您觉得我将过渡态CO2的三个原子的各自的笛卡尔坐标 减去 反应物CO2三个原子的各自的笛卡尔坐标,来得到CO2的三个原子的初速度方向,这样做是合理的吗
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发表于 Post on 2024-12-31 17:57:17 | 只看该作者 Only view this author
你用Eyring方程算一下平均需要多长时间才能反应,就知道AIMD为什么跑不出来了。
对于时间远长于ps或ns量级的过程,不要强求用AIMD跑出来。要想对反应过程做可视化,找到过渡态然后跑IRC就行了。
化学吸附的研究,尤其像这种涉及断键的、能垒比较大的化学吸附,不要盲目照搬物理吸附的研究方法,物理吸附因为几乎没有能垒,MD是常规操作,但不意味着化学吸附也要这样研究。
Zikuan Wang
山东大学光学高等研究中心 研究员
BDF(https://bdf-manual.readthedocs.io/zh_CN/latest/Introduction.html)、ORCA(https://orcaforum.kofo.mpg.de/index.php)开发团队成员
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ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4540-8734
主页:http://www.qitcs.qd.sdu.edu.cn/info/1034/1702.htm
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2024-12-31 18:36:20 | 只看该作者 Only view this author
wzkchem5 发表于 2024-12-31 17:57
你用Eyring方程算一下平均需要多长时间才能反应,就知道AIMD为什么跑不出来了。
对于时间远长于ps或ns量级 ...

谢谢老师的解答,但目前的主要问题是,课题的研究内容有点不够丰富,让我用AIMD来加点内容,所以只能指定初速度硬着头皮跑了。
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发表于 Post on 2024-12-31 19:18:42 | 只看该作者 Only view this author
2877321934 发表于 2024-12-31 11:36
谢谢老师的解答,但目前的主要问题是,课题的研究内容有点不够丰富,让我用AIMD来加点内容,所以只能指定 ...

没必要,完全可以从其他方面加内容,比如波函数分析、能量分解分析。
一定要做AIMD的话,得做metadynamics
Zikuan Wang
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2024-12-31 19:29:16 | 只看该作者 Only view this author
wzkchem5 发表于 2024-12-31 19:18
没必要,完全可以从其他方面加内容,比如波函数分析、能量分解分析。
一定要做AIMD的话,得做metadynami ...

谢谢老师的建议,波函数分析这些已经做了,请问ORCA可以做您说的metadynamics么,如果学习成本不高我去跟导师商量下换方法
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发表于 Post on 2024-12-31 20:14:28 | 只看该作者 Only view this author
2877321934 发表于 2024-12-31 12:29
谢谢老师的建议,波函数分析这些已经做了,请问ORCA可以做您说的metadynamics么,如果学习成本不高我去跟 ...

可以,在orca手册里很容易搜到。主要需要定义合适的collective variable。
此外metadynamics往往要跑到ns级的时长才能收敛,DFT估计跑不动,可以用GFN2-xTB等半经验方法,通过调节特定的半经验参数,使得对于你的特定体系而言精度接近DFT,再跑metadynamics。参见https://chemrxiv.org/engage/chem ... 1d681d2151a02508385。这篇跑的MD是普通MD,但重新拟合半经验方法参数的部分也适用于metadynamics
Zikuan Wang
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2024-12-31 20:22:23 | 只看该作者 Only view this author
wzkchem5 发表于 2024-12-31 20:14
可以,在orca手册里很容易搜到。主要需要定义合适的collective variable。
此外metadynamics往往要跑到n ...

好的,太谢谢老师了,我去学习一下,感激不尽
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-2-5 07:58:09 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 2877321934 于 2025-2-5 09:32 编辑
wzkchem5 发表于 2024-12-31 20:14
可以,在orca手册里很容易搜到。主要需要定义合适的collective variable。
此外metadynamics往往要跑到n ...

老师阅读了您提到的资料后,关于ORCA做metadynamics还是有些许疑问,想请教您一下,我的体系的吸附CO2的机理与下图一致, ,有两个问题想请教您。
1.根据这个体系的吸附机理,我计划将C-H距离和Re-H距离(如下图红圈)定义为ORCA输入文件中的Manage_Colvar(即您说的collective variable),进而进行metadynamics动力学模拟,我翻阅了几个做H转移反应的metadynamics的例子,感觉这样定义是合适的,但是由于没有经验,所以还是想请教一下您,这样定义合适吗?

2.您的那篇关于普通MD拟合半经验参数的文章,我阅读完后发现是通过拟合DFT和GFN2-xTB方法柔性扫描两个变量得到的能量曲线,使两种方法得到的势能曲线最一致,在这里同样也要设置两个变量,请问老师,设置上面提到的C-H距离和Re-H距离为此次拟合中的扫描变量合适吗?
3.我翻阅的metadynamics文章中都没提到跑了多少条轨线,想问一下metadynamics跟常规的AIMD一样也需要跑几十乃至一百条轨线取平均以获得统计学上的结论吗?还是说跑一条收敛了就直接能拿来用了呢?我的计算资源为56核心服务器,体系是43个原子大小,感觉这个计算量会很大,跑1ns,按1秒钟跑1fs算,也要十几天跑完,可能跑个几条就是极限了。
4.先前由于要跑TD-DFT级别的AIMD但是ORCA6.0有bug因此换成ORCA5.0,TD-DFT的任务还在算着因此现在不好换ORCA6.0,所以想请问一下老师,ORCA的metadynamics能否一个输入文件跑多条轨迹呢,还是说想得到N条轨迹就得用N个输入文件呢?ORCA6.0相较于ORCA5.0的metadynamics的计算速度提升是否明显呢?
5.我这个反应是在一个混合溶剂里发生的,但我搜了一圈,ORCA5.0好像没有像IEFPCM一样精度不错而又几乎不增加计算量的溶剂,请问老师ORCA跑metadynamics用哪种隐式溶剂模型跑性价比较高呢
抱歉由于metadynamics方面没有使用经验,如能获得解答将感激不尽。


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发表于 Post on 2025-2-5 17:01:46 | 只看该作者 Only view this author
2877321934 发表于 2025-2-5 00:58
老师阅读了您提到的资料后,关于ORCA做metadynamics还是有些许疑问,想请教您一下,我的体系的吸附CO2的 ...

1. 应该问题不大
2. 可以
3. 假如是可逆性比较好的反应,跑一条很长的轨迹也许是可以的,因为即使跑一条轨迹,体系也可以在反应物和产物之间来回多次。但是考虑到xtb并行效率不高,用56个核跑1条轨迹远远不如跑14条轨迹、每条轨迹4个核,甚至跑56条轨迹、每条轨迹1个核。我那篇ChemRxiv跑100条轨迹就是每条轨迹1个核
4. 正规做法是写N个输入文件、用脚本批量提交/批量处理结果。因为这样的脚本写起来足够简单,ORCA没必要专门做一个跑多条轨迹的功能。ORCA 6做metadynamics不清楚,至少效率不会比ORCA 5低。如果只因为你有其他ORCA 5的任务在跑就不好换ORCA 6,说明你的提交任务脚本写得不够灵活,理论上可以把提交脚本复制一份,用来提交ORCA 6。
5. 对于DFT计算用CPCM,对于xtb计算用ALPB。即使ORCA支持IEFPCM,你在xtb计算里也用不起IEFPCM,计算量比xtb本身还要大几十上百倍
Zikuan Wang
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ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4540-8734
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-2-6 03:06:14 | 只看该作者 Only view this author
wzkchem5 发表于 2025-2-5 17:01
1. 应该问题不大
2. 可以
3. 假如是可逆性比较好的反应,跑一条很长的轨迹也许是可以的,因为即使跑一 ...

好的,谢谢老师的耐心解惑!
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