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

reid

厉害！

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

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

wzkchem5

捉个小虫：orbit应当改成orbital

Minnong-121

社长的IRI分析也可以加进去。