如何计算手性金纳米团簇薄膜对同分异构体之间相互作用及电荷转移量

cheng1

图a是手性金纳米团簇Au4的结构式，文章报道称两个相邻的Au4团簇通过分子间Au-Au相互作用形成一维螺旋状组装体，并且三个单体构成图b所示最小不对称单元(Au4)3 。现在我是通过旋涂团簇成薄膜作为半导体器件活性层，检测发现其对两种柠檬烯对映体（图c）有电信号差异，所以想通过理论计算进一步证实这一点。思路如下：
1）构建一个15*15*9 nm的盒子，并填充满954个Au4团簇，通过Gromacs在NPT系综下跑至平衡态，模拟薄膜中团簇排列；
2）取平衡态结构，在z方向扩充盒子为15*15*15，在扩初的空间内分别填满图c的对映体分子，跑至新的平衡态；
3）取第二步的结构挖簇后计算团簇与对映体之间相互作用能和电荷转移量。


请教问题如下：
Q1：上述思路是否正确？第一步中是填充图a中Au4团簇还是填充图b所示的最小单元(Au4)3 ？或者说只用单一的Au4团簇或者(Au4)3单元，在周围填充对映体分子后直接用Gromacs跑平衡态，对轨迹统计吸附情况？此时需要对Au4团簇或者(Au4)3单元做位置限制吗？（因为之前跑时发现Au4结构配体会抖动、翻转）
Q2：如果上述思路正确，在第二步中加入对映体后跑平衡态时是将所有Au4团簇或者(Au4)3单元都冻住，还是在其与对映体接触的表面留2-3个分子层的分子不做冻结？
Q3：如果第二步中的平衡态出现气体分子反复靠近和远离，并不是吸附后稳定不动，这时挖簇是取什么时候的状态？
Q4：挖簇后使用CP2K按照周期性体系计算吸附能并结合Multiwfn分析电荷转移量是否可行？是否需要在CP2K中进一步结构优化或者跑动力学？

PS:之前站长在群里回复说过“物理吸附用Gromacs就可以，如果考虑化学吸附的话得用CP2K在半经验或DFT级别下跑动力学”，可以简单理解为两种程序跑动力学的“级别”和可计算的量精度不同吗？会影响吸附位点吗？

sobereva

1 既然都可以通过Au-Au键形成一维组装体，填充的应该是较长（如几十个单元）的链，如聚合度较低的聚合物

2 接触的部分显然不能冻结

3 取一些处于接近的结构分别优化，然后取能量最低的进行分析。也可以做退火，取0K的结合状态的典型结构作为优化的初始结构

4 簇是零维（非周期性）的，还怎么可能按照周期性计算。CP2K本身也可以算零维体系。
应当做优化

CP2K能用比力场准确得多的方法（如DFT，哪怕是半经验级别的GFN1-xTB）。可能影响反应位点

cheng1

sobereva 发表于 2025-12-4 16:02
1 既然都可以通过Au-Au键形成一维组装体，填充的应该是较长（如几十个单元）的链，如聚合度较低的聚合物

...

谢谢社长回答，不过学生仍有一些疑惑。
1.如果使用一维组装体，在CP2k中是不是要考虑x方向的一维周期性？
2.无论是使用单个团簇还是一维组装体，在Gromacs中跑平衡态模拟薄膜结构时是否都应该使用PBC边界条件？

sobereva

cheng1 发表于 2025-12-4 20:13
谢谢社长回答，不过学生仍有一些疑惑。
1.如果使用一维组装体，在CP2k中是不是要考虑x方向的一维周期性 ...

1 未必。也可以用有限长度的链，只不过此时盒子需要很大，不如当周期性的链来算

2 是

cheng1

谢谢老师

cheng1

sobereva 发表于 2025-12-5 11:28
1 未必。也可以用有限长度的链，只不过此时盒子需要很大，不如当周期性的链来算

2 是

老师，我看大家做吸附时很多都是选择单个被吸附分子作为研究对象，对于我来说想比较同一团簇薄膜对上述两种对映体的吸附性强弱，是否也可以各自选择一个被吸附对映体（图c）作为研究对象？或者说选择多少个图c中分子作为研究对象合适？
2.按您建议选择有限长度团簇链模拟团簇薄膜态时，一个盒子里放几条链？如果使用单个团簇分子（图a）跑平衡态模拟团簇薄膜，一个盒子里是放满还是只放一个团簇分子？
3.有无必要在团簇分子/链平衡态后在Z方向上扩展盒子并填充满被吸附分子（图c）然后跑至平衡态，以模拟真实薄膜-气体之间相互作用？

sobereva

cheng1 发表于 2025-12-7 23:18
老师，我看大家做吸附时很多都是选择单个被吸附分子作为研究对象，对于我来说想比较同一团簇薄膜对上述两 ...

1 先放几十个试试，两种对映体都放，这样能体现吸附的选择性、竞争性。

2 尽可能接近实际情况，实际估计是什么样就怎么放

3 不可能填满，毕竟不是分子液体。真空区里放一定数目的就完了

cheng1

老师，我从文献中找到了团簇分子的晶胞（图2b）。所以我想超胞这个晶胞用于模拟团簇分子（图2a）旋涂后的薄膜表面，充当手性分子（图2c）的吸附基底，1.请问这种方法是否可行？
2.超胞后以晶胞的哪一个面作为吸附基底，即将吸附分子摆在哪一个面上？
3.我看单个团簇分子已经不小，超胞至两层团簇分子排列，并且将下面一层团簇分子冻结是否可行？
4.如何确定吸附位点？是通过《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》还是挖出一块簇模型通过CP2K跑吸附动力学？如果跑吸附动力学（及相互作用能计算），使用孤立体系还是周期性体系？