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[综合交流] 计算锌离子和葡萄糖结合能初始模型设置问题

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1.我在复刻文献中水溶剂中锌离子和葡萄糖的结合能计算,按照文献的图放怎么算都不对,所以思考例如锂离子与苯环的相互作用可以通过对称性得知在中心轴线上,那葡萄糖和锌离子复合物的初始构型该怎么放。化学渣2.关于ORCA中设置SMD,请问是优化的时候不需要设置SMD,然后计算单点能在设置SMD吗?(后续我可能要设置低共融溶剂类离子液体的溶剂,是我要测量它的参数然后手动设置吗)
2.这篇文献计算的结合能是复合物减去两个单体,在学习高斯的案例中,计算锂离子与苯环结合能那节不是要BESS误差校正,得到一个更好更准确的相接能(?是叫这个吧),文章里没提到BESS,所以这个校正是可以省略只考虑趋势的吗?https://doi.org/10.1002/anie.202105756

202109181954421975..png (50.69 KB, 下载次数 Times of downloads: 23)

方法描述

方法描述

202109181953126690..png (76.3 KB, 下载次数 Times of downloads: 36)

202109181953126690..png

202109181951384395..png (43.7 KB, 下载次数 Times of downloads: 31)

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发表于 Post on 2021-9-19 05:07:12 | 只看该作者 Only view this author
1 我不知道你发的第二张图是什么,如果是文献里的图,蓝灰色的是Zn2+,明显是不可靠的模型,Zn2+周围都没被包满溶剂分子,不要效仿。

先要明白算准这个过程不是简单的事,没有充足的计算经验瞎算肯定算不出来靠谱的数据。你目前还处在严重欠缺常识的状态。

最终目的是按下文算出Zn2+、葡萄糖、Zn2+结合葡萄糖时的在水中的自由能,然后求差得到自由能变
谈谈隐式溶剂模型下溶解自由能和体系自由能的计算
http://sobereva.com/327http://bbs.keinsci.com/thread-3345-1-1.html

由于光靠隐式溶剂模型描述不好带Zn2+的情况,所以需要用杂化溶剂模型,这牵扯到簇结构的获得问题。可以用genmer+molclus尝试搜索Zn2+与多个水,以及Zn2+结合一个葡萄糖和多个水的理想的簇结构。可以先一次多设点水,比如10个,之后搞出来的最稳定的团簇中不在Zn2+的第一配位层的水再删掉,然后再进一步优化。假设Zn2+单独状态配位的是N个水,Zn2+结合葡萄糖时候与Zn2+配位的是M个水,之后还要用genmer+molclus搜索出N-M个水(Zn2+结合葡萄糖后被挤出来的那些水)的最稳定团簇结构。

详见
构型和构象搜索程序Molclus主页:http://www.keinsci.com/research/molclus.html
使用molclus程序做团簇构型搜索和分子构象搜索
http://bbs.keinsci.com/thread-577-1-1.html
genmer:生成团簇初始构型结合molclus做团簇结构搜索的超便捷工具
http://bbs.keinsci.com/thread-2369-1-1.html


2
别说什么“高斯的案例”,谁都不知道你看的是什么东西。如果是我的博文,明确把标题和链接贴出来

把BSSE拼对了

binding enery叫结合能

好好看此文
谈谈BSSE校正与Gaussian对它的处理
http://sobereva.com/46

Zn2+跟氧的相互作用已经不是弱相互作用范畴了,根本不需要考虑BSSE,瞎考虑还会自取其辱
计算化学键键能时考虑BSSE不仅是多余的甚至是有害的
http://sobereva.com/381http://bbs.keinsci.com/thread-6047-1-1.html


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 楼主 Author| 发表于 Post on 2021-9-19 08:57:38 | 只看该作者 Only view this author
谢谢sob老师,我再仔细看看

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2021-9-19 20:09:05 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 madhatter 于 2021-9-19 21:03 编辑
sobereva 发表于 2021-9-19 05:07
1 我不知道你发的第二张图是什么,如果是文献里的图,蓝灰色的是Zn2+,明显是不可靠的模型,Zn2+周围都没被 ...

sob老师我想问一下,今天我试了molclus,有一些问题不太理解
1.您说的去掉不在第一溶剂层的水分子,可以通过MOPAC初步计算后的文件去看水分子与锌离子的距离然后减少水分子个数,再重新优化,还是一直到最后orca优化后再去减少水分子重新优化。
2.您给了G16的方法和基组选择,有推荐orca的基组方法吗,我用文件自带的默认! B97-3c opt miniprint nopop noautostart可以吗?

而且我发现了一个奇怪的地方,我用Avogadro软件的结构优化,可以把锌离子优化到葡萄糖三个氧包围的位置,我用这个初始构型再去优化算单点能,与锌离子和葡萄糖的单点能相减大概符合了文献里的结合能数值了

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发表于 Post on 2021-9-20 04:13:40 | 只看该作者 Only view this author
madhatter 发表于 2021-9-19 20:09
sob老师我想问一下,今天我试了molclus,有一些问题不太理解
1.您说的去掉不在第一溶剂层的水分子, ...

1 MOPAC或xtb快速粗略优化后,去掉不在第一配位层的水,再用Gaussian或ORCA在DFT下优化
2 可以

这有什么奇怪的,再正常不过了。本来Zn就应该和葡萄糖的氧接触,你一开始给的图和H接触明显不对,文献里给的那个结构图应该也是错的
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2021-9-20 09:02:56 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2021-9-20 04:13
1 MOPAC或xtb快速粗略优化后,去掉不在第一配位层的水,再用Gaussian或ORCA在DFT下优化
2 可以

谢谢SOB老师的回复,我继续搞一搞

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2022-1-9 20:45:08 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2021-9-20 04:13
1 MOPAC或xtb快速粗略优化后,去掉不在第一配位层的水,再用Gaussian或ORCA在DFT下优化
2 可以

打扰sob老师了,我按照您推荐的算了一下10个水包围Zn2+的构型,mopac得到的在2A以内范围的大部分构型都是2个水,我把水缩减到4个水去模拟,得到的依然是两个水。
1.  Zn2+和水的配位是2吗?看文献大部分都是4.6左右
2. Zn2+我用阿伏伽德罗建立的,xyz文件里是否需要加电子
不知道哪里出问题了还是锌离子和水的构型就是2?麻烦sob老师了
genmer.ini
1
examples/Zn.xyz
4 ramx 15
examples/h2o.xyz

1641731952(1).jpg (73.18 KB, 下载次数 Times of downloads: 18)

mopac后的构型

mopac后的构型

1641732062(1).png (53.31 KB, 下载次数 Times of downloads: 23)

mopac后的构型

mopac后的构型

1641732203(1).png (7.47 KB, 下载次数 Times of downloads: 9)

1641732203(1).png

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发表于 Post on 2022-1-10 01:15:05 | 只看该作者 Only view this author
madhatter 发表于 2022-1-9 20:45
打扰sob老师了,我按照您推荐的算了一下10个水包围Zn2+的构型,mopac得到的在2A以内范围的大部分构型都是 ...

别拿MOPAC算这种问题。半经验方法对于过渡金属配合物可靠性较低。要用至少也是结合xtb用GFN-xTB方法。鉴于体系不大,最好直接用DFT

计算建议带着溶剂模型。

实际上Zn和水配位的结构早就是已知的,Google直接搜就完了,没必要自己整
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2022-1-11 23:09:53 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 madhatter 于 2022-1-11 23:26 编辑
sobereva 发表于 2022-1-10 01:15
别拿MOPAC算这种问题。半经验方法对于过渡金属配合物可靠性较低。要用至少也是结合xtb用GFN-xTB方法。鉴 ...

谢谢sob老师,我计算自己的体系用的氯离子包围,优化了[ZnCl4]2-(来自于文献)和[ZnCl2Urea]两种结构,查到的文献里
用的SMD,solvent=generic
eps=32.0 epsinf=2.145 HBondAcidity=0.35 HBondbasicity=0.59
SurfaceTensionInterface=48 CarbonAromaticity=0.0
ElectronegativeHalogenicity=0.0625  跟sob老师的通过SMD溶剂模型描述离子液体溶剂环境的方法
http://bbs.keinsci.com/forum.php?mod=viewthread&tid=10607&fromuid=22733
对于orca的SMD输入我不太会写,我只写成了
%cpcm
epsilon 32.0
refrac 1.5
end
得到结构,然后我按照sob老师的帖子http://sobereva.com/443,用Multiwfn做了静电势。参考文献中的静电势在添加葡萄糖后,静电势降低,该文认为静电势降低锌离子周围的静电斥力降低,使得锌离子可以快速传输。 而我做的结构,整体静电斥力在上升,ZnCl4结构本身在电化学中较难还原,LUMO为0.763eV,[ZnCl2Urea]的LUMO为-1.601eV,实验也证明了后者更容易被还原,所以这个静电势我蒙了。
1.orca中添用smd描述离子液体的语句如何添加?
2.这种静电势变化有必要去讨论锌离子传输或还原吗?(简单想法我认为从结构角度来说,znCL4的结构锌离子反而不容易传输)
打扰sob老师了,小白在一点点补这方面的知识,非常感谢这个论坛能让我这种小白少走很多弯路。

图片2.png (128.54 KB, 下载次数 Times of downloads: 45)

文献图,葡萄糖添加硫酸锌水溶液

文献图,葡萄糖添加硫酸锌水溶液

图片1.png (259.16 KB, 下载次数 Times of downloads: 12)

类离子液体,主要配位是氯离子,尿素作为添加剂

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发表于 Post on 2022-1-12 03:11:09 | 只看该作者 Only view this author
madhatter 发表于 2022-1-11 23:09
谢谢sob老师,我计算自己的体系用的氯离子包围,优化了[ZnCl4]2-(来自于文献)和[ZnCl2Urea]两种结构,查 ...

1 影响电子结构和静电势的只是溶剂模型的极性部分,非极性部分不定义

2 我不知道你怎么判断的“而我做的结构,整体静电斥力在上升”
如果你是从图片1.png判断的,我看不出你的结论是怎么来的
你可以按下文绘制表面静电势分布定量统计图,放在一起对比,应当能看出来Cl替换成尿素后表面静电势有很大的正值部分,这部分显然没有原本的Cl对阴离子的静电斥力强

使用Multiwfn结合VMD分析和绘制分子表面静电势分布
http://sobereva.com/196
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2022-1-17 22:55:22 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 madhatter 于 2022-1-17 22:56 编辑
sobereva 发表于 2022-1-12 03:11
1 影响电子结构和静电势的只是溶剂模型的极性部分,非极性部分不定义

2 我不知道你怎么判断的“而我做 ...

sob老师好,我想做电池电解液的md,主要讨论金属离子和阴离子还有中性分子的配位,文章里有的人用aimd有的人用md,解释的都是类似问题
1.这两种方法在对于这种没有反应的体系是否什么区别(我理解的是aimd不用寻找力场参数,从而更接近于真实情况)
2.这种体系是不是需要用cp2k而不是orca来做aimd(文章里都是用vasp做有盒子的aimd)
3.我在寻找锌离子和氯离子硫酸根离子等离子的配位构形,我用xtb优化结果也不太理想,所以我打算用gmx跑动力学然后把结构拿出来在用orca算。这种方法可以吗?

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发表于 Post on 2022-1-18 12:49:51 | 只看该作者 Only view this author
madhatter 发表于 2022-1-17 22:55
sob老师好,我想做电池电解液的md,主要讨论金属离子和阴离子还有中性分子的配位,文章里有的人用aimd有 ...

AIMD本来就属于MD的一种,当前语境你应当把MD称为基于经典力场的MD

1 如果是基于DFT做的AIMD,只要计算设置合理、泛函选择得当,几乎比所有经典力场跑MD结果都更好(不考虑前者能模拟的时间较短导致的采样充分程度不及后者的这个因素),而且适用范围更大(更大的温度范围、任意的元素(前提是有相应基组/赝势))。

2 是。CP2K跑这个比VASP快得多,还免费,还能直接用Multiwfn产生输入文件和做波函数分析。强烈推荐用CP2K跑这个。

3 不能。根本就没有合适的gmx能用的力场算这个。直接用ORCA或CP2K跑AIMD,或者用genmer+molclus之类的尝试做构型搜索。
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2022-1-18 22:37:57 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 madhatter 于 2022-1-18 22:40 编辑
sobereva 发表于 2022-1-18 12:49
AIMD本来就属于MD的一种,当前语境你应当把MD称为基于经典力场的MD

1 如果是基于DFT做的AIMD,只要计 ...

谢谢aob老师回复,问一个可能很蠢的问题。很多人做锌离子电解液研究,用水溶解的大部分是硫酸锌,他们默认锌离子的第一溶剂层为水分子,即使加入了添加剂例如乙二醇或葡萄糖,他们则讨论的是乙二醇与锌离子和水形成的新构形,似乎都没有考虑过硫酸根离子的配位。
我在做的体系是类离子液体,理论上无水,溶剂体系中有机会配位的是乙二醇,溶解的是氯化锌,在体系研究中,有人表征出体系唯一阴离子团簇为zncl4 2-(中子衍射还是原子轰击质谱之类的手段),所以我模拟的思路一直在对zncl4进行计算,但是离子体系我没有太信服的初始构形依据。所以我应该忽略氯离子,去讨论锌离子和乙二醇的构形?还是继续想办法做锌离子和氯离子的构形。

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发表于 Post on 2022-1-18 22:46:25 | 只看该作者 Only view this author
madhatter 发表于 2022-1-18 15:37
谢谢aob老师回复,问一个可能很蠢的问题。很多人做锌离子电解液研究,用水溶解的大部分是硫酸锌,他们默 ...

原则上应该认为乙二醇和氯离子都有可能配位。水溶液里Zn2+和SO42-不配位,和离子液体里Zn2+和Cl-是否配位,是两个很不一样的问题,溶剂和阴离子都变了,而且变化都很大,所以不好这么类比
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
Google Scholar: https://scholar.google.com/citations?hl=zh-CN&user=XW6C6eQAAAAJ&view_op=list_works&sortby=pubdate
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4540-8734
主页:http://www.qitcs.qd.sdu.edu.cn/info/1034/1702.htm
本团队长期招收研究生,有意者可私信联系

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2022-1-18 23:07:12 | 只看该作者 Only view this author
wzkchem5 发表于 2022-1-18 22:46
原则上应该认为乙二醇和氯离子都有可能配位。水溶液里Zn2+和SO42-不配位,和离子液体里Zn2+和Cl-是否配位 ...

谢谢您的回复,有大概不到十篇相关文章提到过该体系中锌离子团簇是zncl4 2-,我个人理解我已这个为初始构形暂不考虑乙二醇进行研究是否更合理些。

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