基于Multiwfn的静电势ESP、HOMO-LUMO轨道与NCI分析与可视化的在线自动化工作流

王纪峰

重要注意事项：所有分析过程以及格点文件基于Multiwfn实现，所以在使用该功能时一定要引用Multiwfn论文，引用的问题在前端也同样强调：
Tian Lu, J. Chem. Phys., 161, 082503 (2024) DOI: 10.1063/5.0216272

设计原因：Sob老师开发的Multiwfn能够非常迅速的进行静电势、HOMO-LUMO轨道以及NCI等分析并且输出绘图原始文件（Angewandte Chemie International Edition, 2025: e202504895.），并且给出了结合VMD+Multiwfn进行可视化的详细的操作技术博文，虽然在技术层面已经做的非常好了，但仍存在一些问题，例如（1）流程是基于windows系统的，如果需要扩展到其他系统，需要对批处理以及tcl代码进行一些修改；（2）容易产生大量杂文件，例如不同可视化方法会在VMD目录下存在大量文件，需要及时删除或者移动文件；（3）操作可能相对复杂。
由于这些性质的可视化以及分析在大量论文中被用到，所以为了能够迅速并且自动化的实现sob老师给出的流程，我将其集成在了课题组开发的在线平台中（arXiv preprint arXiv:2507.04423, 2025.）（https://cleanenergymaterials.cn），便于需要想要使用时能够快速进行计算。为了确保平台使用的可追溯性，平台设置了简单的注册过程，用户只需要注册就可以使用下面提到的功能。

1.        静电势ESP绘制： https://cleanenergymaterials.cn/autocompute/draw_ESP_page/
2.        HOMO-LUMO轨道绘制： https://cleanenergymaterials.cn/ ... HOMO_LUMO_orb_page/
3.        NCI分析与可视化：https://cleanenergymaterials.cn/autocompute/NCI_analysis_page/

使用方法：
（1）HOMO-LUMO轨道、静电势ESP以及NCI分析与可视化，依赖输入量子化学计算的检查点文件，目前支持Gaussian的chk或ORCA的gbw文件。对于NCI的promolecular分析，则仅需要提交形如pdb，Mol2等结构文件即可。直接将需要上传的文件拖到上图中的灰色框，然后点击“Start”开始即可。
（2）开始之后会返回一串绿色的ID，这串ID代表了经过加密的任务的ID号，代表任务开始运行，在我这边搭建的服务器上开始运行。

（3）然后，可以到任务查询Query界面（https://cleanenergymaterials.cn/query/）上进行查看任务进度，任务完成后，将任务的TASK ID输入到上方搜索框中，并提交。

此时会返回绘图文件的下载链接。

（4）其中第一个链接为自动渲染的图片（如果用户对自动渲染的图片不满意，可以通过给出的原始绘图文件进行绘图），第二个链接为绘图原始文件，在这里我们根据第二个绘图原始文件重新绘图，下图给出了基于vmd的绘图方式：

值得注意的是，我对sob老师给出的vmd文件进行了一定修改，主要修改了在vmd中proc的函数的输入值，从数字1，2，3等更改为了具体输入文件的名称。除此之外，返回文件中还给出了绘图的vmd文件，也可以直接source这些vmd文件初步查看图形效果。

参考博文：
具体功能的实现基于Sob老师给出的博文或视频：
静电势：http://sobereva.com/443
HOMO-LUMO轨道：http://sobereva.com/449
NCI分析操作：https://www.bilibili.com/video/av71561024/
NCI分析博文：http://sobereva.com/588

Minnong-121

社长的IRI分析也可以加进去。

wzkchem5

捉个小虫：orbit应当改成orbital

牧生

试了一下，支持最新的orca6.1.0得到的gbw文件，但不支持之前版本的。

而且不知道为何，不能正常使用。比如我用orca6.1.0计算单点得到一个gbw文件，上传

然后

最终得到一个22 字节的空压缩包

wal

可能不应该设计成传chk/gbw这种依赖特定版本转换器的二进制格式

reid

厉害！

王纪峰

Minnong-121 发表于 2025-8-17 15:16
社长的IRI分析也可以加进去。

感谢您的建议，之后会考虑新增的

王纪峰

wzkchem5 发表于 2025-8-17 15:28
捉个小虫：orbit应当改成orbital

感谢指出错误，已在前端修改

王纪峰

wal 发表于 2025-8-17 19:37
可能不应该设计成传chk/gbw这种依赖特定版本转换器的二进制格式

说的没错，的确测试下来发现不同版本软件的检查点文件可能不能通用转化命令，之后我会改进为同时支持转化后的文件，例如上传fchk或molden

王纪峰

牧生 发表于 2025-8-17 19:30
试了一下，支持最新的orca6.1.0得到的gbw文件，但不支持之前版本的。

而且不知道为何，不能正常使用。比 ...

感谢您的建议！我发现这个问题的根本原因来源于chk2fchk以及gbw2molden在对不同版本的Gaussian或ORCA转化时的问题，出现文件为空的问题说明转化过程失败了，我现在正在加急修改，新增直接上传fchk/molden，应该就能避免该问题

王纪峰

问题排查与修改：
（1）部分同仁反馈任务运行结束后，返回的结果文件为空，经过排查发现是因为转化工具（formchk与orca_2mkl）的版本与用户上传的chk或gbw的版本不一致，导致转化错误，为了解决该问题，在网页中新增了直接上传fchk或molden（去除.input后缀，只保留.molden）的选项。
（2）由于服务器上自带的转换工具为Gaussian16以及ORCA6.0.1，所以不是这两个版本的Gaussian和ORCA会存在转换失败的问题，所以不是这两个版本的应该选择上传fchk或molden文件。
最后十分感谢各位同仁的测试！！

TheSoulLover

王纪峰 发表于 2025-8-18 11:06
问题排查与修改：
（1）部分同仁反馈任务运行结束后，返回的结果文件为空，经过排查发现是因为转化工具（f ...

您好，老师，还是出现返回的结果为空的问题，请老师解决

王纪峰

TheSoulLover 发表于 2025-8-29 14:03
您好，老师，还是出现返回的结果为空的问题，请老师解决

麻烦发一下任务ID号，这边没有ID是没有办法确认任务位置的

TheSoulLover

王纪峰 发表于 2025-8-29 16:07
麻烦发一下任务ID号，这边没有ID是没有办法确认任务位置的

老师，我已按照社长发的相关的文章绘制了，暂时不需要了，打扰了。

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可否加入交互界面，调整等值面大小和选择不同配色