CP2K中沸石负载Pt–Sn团簇催化丙烷脱氢的建模与过渡态计算策略求助

MVK · 发表于 Post on 2025-12-12 10:37:06

本帖最后由 MVK 于 2025-12-13 21:02 编辑

各位老师好，我目前在做一个沸石负载 Pt–Sn 金属团簇催化丙烷脱氢（PDH）的计算课题。载体为沸石骨架，目前使用的模型包含 576 个 Si/O 原子，13 个Pt/Sn原子，C3H8，共600个原子。考虑了 Pt₄、PtSn₄、PtSn₈ 和 PtSn₁₂ 四种团簇结构，其中 PtSn₈ 的实验催化性能最好，需要构建 4 条反应路径，对应 4*3=12 个过渡态。我现在使用 CP2K 进行第一性原理计算，几何优化阶段采用 PBE-D3(BJ)/DZVP-MOLOPT-SR-GTH、OT 算法、64 核并行，整体速度尚可，单次优化一般 3–4 小时可以完成，但在过渡态搜索阶段（CI-NEB 和 dimer 方法均已尝试）计算速度非常慢，完全难以承受。我也尝试过用 GFN1-xTB 方法来找过渡态，但对 Pt–Sn 金属团簇的描述效果非常差，结果非常糟糕。目前我希望在尽量不牺牲计算合理性的前提下提高整体计算效率，因此有两个问题想请教：
一是已经有完整沸石晶胞结构的情况下，如何合理确定最小重复单元或构建更小的沸石模型？我看到很多沸石团簇催化的文献中使用的沸石原子数明显更少，不太清楚是怎么实现的，是否有比较通用的操作流程（图3即为参考文献的体系）；
二是 CP2K 是否支持对不同元素采用不同基组或理论层级，例如继续对 Pt、Sn 使用 PBE-D3(BJ)/DZVP-MOLOPT-SR-GTH，对 C、H 使用全电子基组，而对 Si、O 骨架使用尽可能便宜但不至于完全失真的基组，如果可以的话针对C H Si O用什么基组合适呢？甚至是否存在在 CP2K 中将 Pt/Sn/C/H 作为 DFT 层级、Si/O 作为 GFN1-xTB 或半经验层级处理的可行方案？
由于目前最大的瓶颈在于大尺寸沸石模型下的过渡态搜索成本过高，非常希望得到各位老师在模型简化和方法选择方面的经验与建议，感谢指教，附件为沸石结构的gjf文件。

S1.gjf (34.01 KB, 下载次数 Times of downloads: 15)

PtSn4_a2.inp (22.64 KB, 下载次数 Times of downloads: 15)

MVK · 发表于 Post on 2025-12-12 14:23:29

我先自问自答一波用multiwfn主功能300选项7的几何处理功能把结构调整了下沸石切掉了一半

第一个问题解决了

sobereva · 发表于 Post on 2025-12-13 04:28:02

2 可以混用不同基组，包括全电子和赝势基组。优化目的DZVP-MOLOPT-SR-GTH性价比最高，精度也够，不需要考虑别的

CP2K支持不同理论方法描述的区域拼接。但对你这种很小的体系没必要折腾

小冷~715 · 发表于 Post on 2025-12-13 14:38:45

也是做沸石+烷烃脱氢/CO2加氢方向。我觉得算的慢最大问题在于你插点太多，而且只用了一个双路节点。我之前计算是每个插点分配一个节点或者半个节点。CINEB的目的就是减少插点的数量，你这种前后变化不大的没必要插那么多。第一次插点6-8个，然后粗收敛取最高点附近的三个结构再插点，提高精度收敛到TS。IS和FS用第一次插点收敛的两个前后最低点做进一步结构优化。cp2k算沸石很快的

maoxinxina · 发表于 Post on 2025-12-13 15:04:23

可以用机器学习势试一试。

MVK · 发表于 Post on 2025-12-13 20:52:24

本帖最后由 MVK 于 2025-12-13 21:02 编辑

小冷~715 发表于 2025-12-13 14:38
也是做沸石+烷烃脱氢/CO2加氢方向。我觉得算的慢最大问题在于你插点太多，而且只用了一个双路节点。我之前 ...

老师我用一半大小的沸石团簇128核replica设置成8 泛函基组设置为PBE-D3(BJ)/DZVP-MOLOPT-SR-GTH开启OT计算仍然是奇慢无比今天提交后算了快九个小时还没算完请问是我哪里设置的不对吗(我在上面又贴了下现在的输入文件麻烦老师您帮忙看看吧我实在是没招了QAQ)
而且请问这里每个插点分配一个节点或者半个节点怎么做到呀

MVK · 发表于 Post on 2025-12-13 20:58:49

本帖最后由 MVK 于 2025-12-13 21:03 编辑

sobereva 发表于 2025-12-13 04:28
2 可以混用不同基组，包括全电子和赝势基组。优化目的DZVP-MOLOPT-SR-GTH性价比最高，精度也够，不需要考虑 ...

老师这个体系真的小吗我用切了一半的沸石团簇来计算 replica设置成8跑NEB仍然奇慢今天128核算了快十个小时了还没算完虽然大家都说cp2k跑的快但是自己也没有用过其他程序...这样的速度在第一性原理程序里是算快的吗还是说我哪里还是设置的不对QAQ(上面又补充了下目前的输入文件)

sobereva · 发表于 Post on 2025-12-13 21:38:04

MVK 发表于 2025-12-13 20:58
老师这个体系真的小吗我用切了一半的沸石团簇来计算 replica设置成8跑NEB仍然奇慢今天128核算了快十个 ...

区区303原子，当然是对CP2K而言的小体系
用的方式不对自然会慢。不仅是计算级别，还注意监控计算过程/收敛情况、image数和计算用的副本数的设置。所有计算要点在北京科音CP2K第一性原理计算培训班（http://www.keinsci.com/KFP）都做了很充分的讲解，没学过的话必须系统性学一遍，否则踩了坑很多坑都浑然不知，若已经学过的话好好复习一遍
最快的CP2K都算不动的就没有任何其它程序能算得动了

小冷~715 · 发表于 Post on 2025-12-13 21:43:09

MVK 发表于 2025-12-13 20:52
老师我用一半大小的沸石团簇128核replica设置成8 泛函基组设置为PBE-D3(BJ)/DZVP-MOLOPT-SR-GTH开启OT计 ...

我估计你是返稿吧，有ddl。一般这种时间紧的过渡态都是用超算，一次调用几百核。你之前是用64核算一个结构优化，然后现在inp里面写的是用64核算8个结构，每个结构是分到8个核，效率肯定不一样。还好你结构小，不然就爆内存了。MFI在十元环沸石里面算小的了，近几年的十元环沸石单胞就有700到1000个原子。相同原子数条件下，我觉得沸石比过渡金属氧化物这种算的快多了，沸石也容易收敛。

MVK · 发表于 Post on 2025-12-13 22:49:19

本帖最后由 MVK 于 2025-12-13 22:57 编辑

小冷~715 发表于 2025-12-13 21:43
我估计你是返稿吧，有ddl。一般这种时间紧的过渡态都是用超算，一次调用几百核。你之前是用64核算一个结 ...

唉是的我现在就在用超算算目前是128个核去算8个结构跑的NEB 今天只跑了两个就烧了快2000RMB了而且还没有结果心态快炸了 ddl只有一周了12个过渡态一个都没找到感觉只能放弃了

MVK · 发表于 Post on 2025-12-13 23:23:17

sobereva 发表于 2025-12-13 21:38
区区303原子，当然是对CP2K而言的小体系
用的方式不对自然会慢。不仅是计算级别，还注意监控计算过程/收 ...

老师我感觉自己的设置也没有问题呀这个小体系怎么会算的这么慢呢

小冷~715 · 发表于 Post on 2025-12-14 00:03:58

MVK 发表于 2025-12-13 22:49
唉是的我现在就在用超算算目前是128个核去算8个结构跑的NEB 今天只跑了两个就烧了快2000RMB了而且还没 ...

1天两千多也太夸张了，这是什么黑心超算。我之前是指每个副本安排64核，八个副本就是512核，4个128核节点，这样可能会帮你赶在ddl前弄完。过渡态这东西里面经验以及化学直觉占比很大，你如果初末态相差很离谱，跑很久都收敛不了的。你跟着社长那个cp2k班学一下，收获会很大。而且我印象中PDH不是单纯一个丙烷脱氢吧，它还有积碳啥的，说明这东西并不是简单的一级解离反应。多参考一下实验动力学和跟一些经典量化文献，后面摆结构会更合理一些。

MVK · 发表于 Post on 2025-12-14 09:09:32

小冷~715 发表于 2025-12-14 00:03
1天两千多也太夸张了，这是什么黑心超算。我之前是指每个副本安排64核，八个副本就是512核，4个128核节点 ...

不会吧我用的就是并行超算云这个应该用的人很多吧而且上面贴了参考文献的机理图我参考着他的机理来算的（10.1038/s41586-025-09168-8）还是篇nature

MVK · 发表于 Post on 2025-12-14 09:56:57

小冷~715 发表于 2025-12-14 00:03
1天两千多也太夸张了，这是什么黑心超算。我之前是指每个副本安排64核，八个副本就是512核，4个128核节点 ...

不好意思老师昨晚看错日期了实际只有不到1/10 今早检查发现有一个跑满300帧达到步数上限结束了但是看趋势是对的请问您之前说的“粗收敛取最高点附近的三个结构再插点”里的粗收敛是指使用更低的收敛限吗如果是的话调整到多少合适呀我看目前的收敛限为MAX_DR 2E-4 MAX_FORCE 4.5E-4 RMS_DR 1E-4 RMS_FORCE 3E-4

小冷~715 · 发表于 Post on 2025-12-14 11:30:54

MVK 发表于 2025-12-14 09:56
不好意思老师昨晚看错日期了实际只有不到1/10 今早检查发现有一个跑满300帧达到步数上限结束了但是看趋 ...

其实，你可以对现在最高值做一次频率计算了，如果显示只有一个虚频，而且把虚频放在JMOL里面观察是跟预期断键方向一致就说明成功了。CINEB控制精度是K_SPRING，我是习惯一开始0.08跑一次，然后0.05、0.02再跑一次。粗收敛的时候multiwfn默认的收敛限往上调一些

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