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[综合交流] 能垒定义与反应能量图的画法求助

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楼主
看文献有几个困惑,希望各路大神赐教。
(1)基元反应能垒定义问题
以Ni slab上CH+H=CH2为例,有些文献定义是能垒=过渡态能量 - 初态共吸附能量,而有些文献是 能垒=过渡态能量 - CH最稳定单独吸附 - H最稳定单独吸附+slab。
我的感觉是第一种定义更符合基元反应的概念,但如果共吸附的构型变一变,算出的能垒可能会有差异。第二种实际还包含了从单独最稳定吸附到CH+H共吸附这样一个扩散过程,严格说这个能垒包含了扩散能垒+反应能垒。
这两种哪种定义好呢?

(2)关于反应能量图的画法问题
以Ni slab上 CH4逐步解离为例,不少文献直接把CH4=CH3+H,CH3=CH2+H,CH2=CH+H,CH=C+H四个基元反应按照 能垒=TS-IS,反应能=共吸附的FS-IS 算出的能垒和反应能,连接起来形成能量图。这种画法的问题是第一个中间体对应的能量是CH3+H/slab共吸附态,和第二步的始态不一致。
另一种画法是以CH4(g)+slab为能量参考,第一个中间体对应的能量是CH3/slab+H/slab-slab,第二个中间体对应的能量是CH2/slab+H/slab+H/slab-2slab,这种画法感觉能量上符合逻辑,但是对多步的复杂过程感觉不好画,比如CO+3H2=CH4+H2O,若机理中出现O+H=OH,OH+OH=H2O+O,如果以CO(g)+3H2(g)为能量起点,画到OH+OH=H2O+O这一步时,就出现该步的反应物  相对 能量起点 原子不守恒的情况。



(3)对表面催化的A=B+C过程,很多文献都是以A最稳定的吸附构型为始态,搜索过渡态;但也有文献说,有的时候A先从最稳定的构型扩散到一个次稳定的构型,再发生解离能量上更有利。在实际操作中该如何处理呢?


谢谢各位,祝大家新年吉祥!

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发表于 Post on 2018-2-14 03:32:35 | 只看该作者 Only view this author
1 应该说各有各的用处。量化里计算双分子反应也有这种问题,从描述历程上是用过渡态能量减反应复合物能量,但如果用来算反应速率常数,则是用过渡态能量减去两个反应物孤立状态的能量和。

2 纵坐标用相对能量,每一步起始点位置和上一步最终点相同,在图题里说明一下,每一步描述的是一个独立过程,原子构成未必与上一步相同

3 实际中应该是最稳定和次稳定构型都有一定量分布。如果后者的势垒明显更低,应该是次稳定的发生反应,而最稳定构型又不断地变化为次稳定够构型(二者间有平衡关系)
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 2018-2-22 10:25:51 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2018-2-14 03:32
1 应该说各有各的用处。量化里计算双分子反应也有这种问题,从描述历程上是用过渡态能量减反应复合物能量, ...

感谢Sobereva老师的解答

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发表于 Post on 2018-8-16 16:49:10 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2018-2-14 03:32
1 应该说各有各的用处。量化里计算双分子反应也有这种问题,从描述历程上是用过渡态能量减反应复合物能量, ...

老师:你好,关于A+B双分子反应问题,之前再您的帖子中看到说,如果AB形成的复合物的能量大于孤立体系的,就按照双分子反应来计算速率常数,如果小于孤立体系,形成复合物,就可以按照单分子反应来进行计算,对于,我的反应,AB两个物质结合再一起后,电子能小于A和B两个孤立体系,但是自由能大于两个鼓励体系,请问还是按照双分子计算速率常数吗?谢谢!

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发表于 Post on 2018-8-17 11:09:51 | 只看该作者 Only view this author
风飞 发表于 2018-8-16 16:49
老师:你好,关于A+B双分子反应问题,之前再您的帖子中看到说,如果AB形成的复合物的能量大于孤立体系的 ...

并没有说“如果小于孤立体系,形成复合物,就可以按照单分子反应来进行计算”。只有形成复合物后,成为较稳定状态,才可以按照单分子才考虑。

复合物的电子能量肯定是小于两个单体能量和的。当前自由能都大于两个孤立体系了,就当双分子来算了
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发表于 Post on 2018-8-17 13:38:30 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2018-8-17 11:09
并没有说“如果小于孤立体系,形成复合物,就可以按照单分子反应来进行计算”。只有形成复合物后,成为较 ...

嗯,好的 谢谢老师

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发表于 Post on 2023-5-16 09:59:04 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2018-2-14 03:32
1 应该说各有各的用处。量化里计算双分子反应也有这种问题,从描述历程上是用过渡态能量减反应复合物能量, ...

老师,您好,我不太明白对于一个连续的基元反应,前一步的产物中间体是后一步的反应物,它们之间的能量差如何处理呢

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发表于 Post on 2023-5-16 20:47:43 | 只看该作者 Only view this author
DLJS 发表于 2023-5-16 09:59
老师,您好,我不太明白对于一个连续的基元反应,前一步的产物中间体是后一步的反应物,它们之间的能量差 ...

我不知道你要处理什么。本来不就是同一个东西么
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发表于 Post on 2023-5-17 10:14:50 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2023-5-16 20:47
我不知道你要处理什么。本来不就是同一个东西么

非常感谢老师的回答,我处理的是CpdI(酶)催化小分子代谢,第一步是CpdI夺取小分子上的H原子生成羟基自由基,第二步是羟基自由基回弹到小分子上,对两步TS分别做IRC后对两端优化计算单点能后作图,前一步的产物作为后一步的反应物,但这两者分别优化后算能量有能量差,是不是按照老师上面回答的第二个”2 纵坐标用相对能量,每一步起始点位置和上一步最终点相同,在图题里说明一下,每一步描述的是一个独立过程,原子构成未必与上一步相同”来处理,就是忽略这个差值,直接将第二步算出的自由能垒连接到前一步的产物就好了。

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发表于 Post on 2023-5-17 11:14:36 | 只看该作者 Only view this author
DLJS 发表于 2023-5-17 10:14
非常感谢老师的回答,我处理的是CpdI(酶)催化小分子代谢,第一步是CpdI夺取小分子上的H原子生成羟基自 ...

这两个结构如果有不可忽视的差异,去找它们相互变化的过渡态,如果不好找,或者这个变化过程不重要,就不特意考察了,在两个结构对应的横杠之间画个连线就完了
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发表于 Post on 2023-5-17 15:27:08 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2023-5-17 11:14
这两个结构如果有不可忽视的差异,去找它们相互变化的过渡态,如果不好找,或者这个变化过程不重要,就不 ...

好的老师,明白啦,感谢老师

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发表于 Post on 2024-10-16 20:29:32 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2018-8-17 11:09
并没有说“如果小于孤立体系,形成复合物,就可以按照单分子反应来进行计算”。只有形成复合物后,成为较 ...

老师,如果三元体系A-B-C中,A和B先形成复合物,结合自由能小于0,-20kj/mol至-30kj/mol左右。然后B和C反应成键,且具有能垒。为了计算反应速率常数,自由能垒的计算是按照1.G(TS)-G(A)-G(B)-G(C),还是按照2.G(TS)-G(AB复合物)-G(C)计算呢。是按照2吗
目前专攻:
基于DFT、MD模拟的自由能计算
基于过渡态理论的自由能垒和反应速率常数计算
基于MD模拟的交联聚合物计算

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发表于 Post on 2024-10-16 20:36:55 | 只看该作者 Only view this author
JCenter 发表于 2024-10-16 20:29
老师,如果三元体系A-B-C中,A和B先形成复合物,结合自由能小于0,-20kj/mol至-30kj/mol左右。然后B和C反 ...

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发表于 Post on 2024-10-16 23:44:42 | 只看该作者 Only view this author
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