GROMACS是否可以做FAPbI3钙钛矿与钝化剂或SAM分子的界面模拟？

liweiiqi

             请问老师们，最近使用GROMACS计算纯有机分子的分子动力学感觉速度很快，但是如果我想研究分子在界面的相互作用请问可以实现吗？

             研究对象：主要是研究FAPbI3钙钛矿的结构表面与钝化剂或是SAM分子之间的相互作用（我想看下分子在表面的构型）。

             面临的问题：如果可以的话，请问晶体结构（FAPbI3）的力场该如何选择呢？

             谢谢各位老师。

PLwang

GROMACS当然可以做界面相互作用，FAPbI3的力场可以看华中科大刘宗豪的Nature（BA NA SA共混的那篇），SI里写了。

但你要看构型，而不是聚集形态的话，其实DFT（CP2K VASP）会更加适合。

liweiiqi

PLwang 发表于 2026-1-9 12:35
GROMACS当然可以做界面相互作用，FAPbI3的力场可以看华中科大刘宗豪的Nature（BA NA SA共混的那篇），SI里 ...

谢谢老师，因为我也想研究下表面被大量钝化剂覆盖后的构型分布情况，所有第一性原理可能满足不了。

SharkYYX2025

如果需要做钙钛矿和小分子相互作用，推荐VASP/CP2K。但是如果你要做比较多的小分子，或者结合动力学，可能算不了那么多。不知道能不能达到比较理想的建模，我觉得至少十来个分子不够
可以参考 DOI 10.1002/adma.202514735   doi.org/10.1002/anie.202521774
CP2K可以联用分子力学，但我不知道钙钛矿领域这一方法是否普遍，参考文献不太多，能否被审稿人接受

类似地，通常氧化镍/ITO晶格和SAM相互作用，研究SAM覆盖率，用LAMMPS比较多，因为gromacs没有反应力场。 我也面临这个问题，没法把SAM加到氧化镍上面。所以我单独研究了 一群SAM分子在液相的聚集（gromacs），和单个SAM在钙钛矿/氧化镍表面吸附 (CP2K)
LAMMPS参考  https://doi.org/10.1038/s41467-025-58111-y

liweiiqi

SharkYYX2025 发表于 2026-1-9 23:14
如果需要做钙钛矿和小分子相互作用，推荐VASP/CP2K。但是如果你要做比较多的小分子，或者结合动力学，可能 ...

谢谢老师，感谢感谢。我之前也是这么做的，就是用液相做纯分子动力学模拟，但是表面用的VASP，之前测试了CP2K算AIMD和VASP速度差不多，不知道是不是CP2K安装的就有问题，后续我再测试下。

SharkYYX2025

你好，我找到了gromacs能做这种界面模拟的文献
https://doi.org/10.1002/adma.202513600
https://doi.org/10.1002/adma.202513884  这个挺接近你想做的体系。但是模拟默认这个分子和钙钛矿表面没发生反应，总觉得怪怪的

liweiiqi

SharkYYX2025 发表于 2026-1-18 14:06
你好，我找到了gromacs能做这种界面模拟的文献
https://doi.org/10.1002/adma.202513600
https://doi.org ...

哇哇哇哇哇，非常感谢您，我一定认真阅读。

关于分子是否和钙钛矿表面反应，是否可能需要使用反应力场。我其实最想关注的是分子在钙钛矿表面的分布来判断偶极矩的方向。可能是在模拟前先要考虑分子和矿表面的反应性，再去用这种MD方法比较合适？如果分子不会和矿发生明显反应的前提下，才能使用这样的界面模拟？以上是我的猜测。

SharkYYX2025

你好，不知道你是否拿gromacs做出来了，但是我突然悟了。如果研究范德华力和氢键 静电作用主导的界面相互作用，gromacs肯定能做的。如果研究界面反应，涉及化学键变化，那需要Lammps反应力场 或者CP2K做AIMD 或者半经验方法AIMD。
[doi.org/10.1038/s41560-023-01227-6] 这个经典文献讲了SAM和钙钛矿共沉积。一个重要观点是SAM在退火之前是松散packing，退火才能锚定，和TCO生成新键。我想钝化剂分子也差不多。如果拿gromacs做常温模拟退火前那个过程（分子定向排列，没有成键断键），在原理上是可以说得通的。然后gromacs仅仅是从时间角度研究分子的排列定向，然后判断一个分子结合位置的趋势。这个趋势和分子取向是化学反应的前提，预示动力学上的可能性。（比如有的SAM团聚，不利于覆盖基底。就算他结合能大，那也不好使，结合之前先聚完了）进一步，至于说化学键强度和结合能，热力学量可以静态地拿CP2K来研究。即，从两方面讨论问题。你要研究分子排列偶极矩，我感觉可以实现

我按照楼上文献用UFF 描述氧化镍 ITO 钙钛矿，是可以的。拿gview把他们扩胞到XY方向80A这样，当成一个刚性薄板处理。电荷可以用CP2K算REPEAT电荷得到，查文献也行。然后拿sobtop生成itp，按元素分配电荷，原子类型选UFF。然后生成atomtype和bond等。这里我拿不含连接关系的mol2当输入文件，然后只生成了moleculetype atomtype atoms ，没有成键项、键角、二面角。
整个板当一个残基，拿packmol给上面加SAM。然后在mdp里面冻结氧化镍板这个组的坐标，就不需要成键关系了（但没有bond项看起来比较奇怪，不知道能不能行）。然后在z=0和z max加两个WALL限制势，挡住SAM跑出去。做NVT模拟，XY周期性。做出来结果大概这样，看着合理，和文献看着差不多。如果不用WALL，也有文献是用上下两个氧化镍板，但我感觉比较奇怪，不符合现实



itp生成细节：Sobtop  http://sobereva.com/soft/Sobtop/

云月有期

SharkYYX2025 发表于 2026-2-18 16:04
你好，不知道你是否拿gromacs做出来了，但是我突然悟了。如果研究范德华力和氢键 静电作用主导的界面相互作 ...

老师太厉害了 本人也遇到相似问题 受益匪浅 十分感谢

liweiiqi

SharkYYX2025 发表于 2026-2-18 16:04
你好，不知道你是否拿gromacs做出来了，但是我突然悟了。如果研究范德华力和氢键 静电作用主导的界面相互作 ...

老师新年好，这种方法看起来想要分析的目标性质是 分子在表面吸附的分布，根据表面暴露的原子，分子选择倾向于吸附的位点来聚集，然后根据分子间的相互作用力来进一步研究表面分子的分布情况。

老师我有一个问题，如果表面分子的浓度达到一定程度的话，表面的分子是否会出现所有的位点都被分子覆盖的情况，这样的话，分子乐于吸附的位点对于研究表面分子的分布是否有意义。是否又会变成只需要研究分子间的分布就足以描述表面分子的分布情况了。

SharkYYX2025

gromacs研究的主要是吸附的过程，弱相互作用力主导。此时没有形成新键。在实际中，我计算了某个磺酸盐型钝化剂在钙钛矿表面的吸附，O都在铅离子附近，符合常规认知。我算了Me4PACZ在氧化镍表面的吸附，主要是O靠近Ni；少数ME4是用苯环π电子和氧化镍作用。没明显相互作用的ME4都在乱跑，或者和其他ME4形成相互作用。也就是说，底层化学吸附一层，有序的；上层物理吸附，无序（如果涂完SAM再清洗，就会除去无序的这些）

如果分子表面浓度够大，是可以覆盖所有位点。但没活性的位点覆盖了也没用。而且这个问题讨论比较理想化，即使覆盖所有活性位点，也不代表这些位点后续都能反应。要看是否需要退火，看形成什么产物。参考实验证据

我计算了旋涂100微升的 10mg/ml PEAI溶液在1.5厘米方形基底，100微升按照大部分甩出去估算，10微升是有效的，假设这10微升留在基底上。使用苯环面积估算PEAI的占地面积，25平方埃。算出来10微升含有的PEAI个数可以铺满基底不止一层。在实际中对应nip器件中，大浓度钝化形成准二维钙钛矿。并且文献报道2D钙钛矿不需退火，放置可以自发形成，我实测XRD有低角度新峰。这种就是多层PEAI都参与反应，钙钛矿表面重构出2D RP钙钛矿。在这种大浓度情况下，我认为gromacs计算PEAI分布没意义，因为和实际不符：化学反应主导过程，而不是单纯吸附。并且化学反应较为复杂。

可以根据你钝化剂的浓度来估算分子密度，结合实验数据，看看能不能用gromacs来描述。都足以铺满了就不需要研究分布了
钝化是分子还是2D钙钛矿：doi.org/10.1038/s41560-024-01529-3


现在pin器件基本上用很低浓度的铵盐钝化剂（0.5-1mg/ml)），通常不形成二维钙钛矿，仅仅是分子吸附然后化学反应。这时候研究PEAI乐于吸附的位点有意义。比如研究PEAI的构象是edge on/face on，平行基底的苯环可能和C60有相互作用，使C60有序，改善电子传输、界面能级排列。但gromacs里头的钙钛矿表面位点都一样。除非你人为弄几个铅空位缺陷、碘空位缺陷，看看吸附位点会不会有选择性，结合第一性原理计算缺陷形成能。或者就用CP2K VASP做AIMD，但做不了那么多原子数。如果比较PEAI和别的钝化剂，那比较合理。
研究SAM更常见，因为SAM浓度显然很低。比如研究ME4或者另一个有位阻的SAM（MPA-CPA），ME4聚集形成二聚体三聚体，MPA-CPA有三苯胺就不会聚集，此时研究分子间分布是有实际意义的。SAM的吸附过程是主导，化学反应不是主导，并且后续化学反应过程简单。适合拿gromacs研究吸附

一些AIMD和经典动力学的文献，主要是SAM的。可以大概看看文献研究了什么
doi.org/10.1038/s41467-025-62388-4
DOI: 10.1002/adma.202514735
doi.org/10.1038/s41467-025-68207-0
doi.org/10.1016/j.joule.2024.101815
DOI: 10.1002/adma.202513884
DOI: 10.1002/adma.202513600
doi.org/10.1002/anie.202521774
doi.org/10.1038/s41586-024-07723-3
doi.org/10.1038/s41467-025-58111-y