双性离子凝胶单体与水分子结合能计算求助

YZH_jesse

各位老师：

Antifreezing Zwitterionic Hydrogel Electrolyte with High Conductivity of 12.6 mS cm−1 at −40 °C through Hydrated Lithium Ion Hopping Migration. AFM 2021.
这篇文章中计算了双性离子凝胶单体（SBMA）与Li+离子和Cl-离子间的结合能大小，我在尝试重复这个计算。在此基础上我还想得到该种单体与水分子的结合能大小，该种单体极性基团水合球壳内水分子之间的相互作用能大小，以及bulk water中水分子之间相互作用能的大小。

1. 文章中做几何优化选用的泛函/基组为ωB97XD/6-311G (d,p)，SMD隐式溶剂模型；能量计算中在此基础上考虑了BSSE校正。我想问一下这种计算级别能否满足当前体系的需求呢？

2. 是否可以通过计算极性基团水合球壳内水分子之间单点能，以及bulk water中水分子之间的单点能来表达相应场景下水分子之间的相互作用能呢？

感谢各位老师！

sobereva

1 优化够了，但是算结合能太low

2 看你具体怎么算单点能，你得考虑环境影响，没有唯一考虑方式

YZH_jesse

sobereva 发表于 2022-4-26 08:23
1 优化够了，但是算结合能太low

2 看你具体怎么算单点能，你得考虑环境影响，没有唯一考虑方式

非常感谢sob老师的回答！

对于问题1：进行能量计算时，将基组选择为def2-TZVP可以得到较为理想的结果吗？

对于问题2：我想说明的问题是水溶液环境中，水凝胶单体与水分子的相互作用能以及水凝胶单体极性官能团水合球壳内水分子之间的相互作用能是强于bulk水分子间的相互作用能的。即：E水凝胶-水 > E水-水(bulk)，E水-水(水合球壳内) > E水-水(bulk)  [ps: 此处能量E取绝对值]

我试算了一个甲醇和水的小体系（并非成熟算例，用来验证一下我计算结合能/相互作用能的过程是否出现问题）



2.1 根据一个YouTuber的教程，相互作用能和结合能的计算方法是略有差别的：

相互作用能：只对整体进行结构优化，对整体和各个部分计算单点能；

结合能：对整体以及各个部分独立做结构优化后分别计算单点能。（想请教一下sob老师这种说法是否正确）

2.2 我的计算过程为：在隐式溶剂模型下计算E水，E甲醇，E甲醇-水三者的能量，在气相状态下计算BSSE校正能（参考sob老师在http://sobereva.com/336中给出的方法），根据公式计算得到最终的能量值。

从表格中：

结合能：E甲醇-水 = -2.96 kcal/mol ； E水-水=-2.68 kcal/mol

相互作用能：E甲醇-水 = -3.09 kcal/mol ； E水-水=-2.77 kcal/mol

同时考虑BSSE校正的情况下（气相条件），Gaussian在out文件结尾给出的能量为：

E甲醇-水 = -3.86 kcal/mole (corrected)

E 水-水 = -3.19 kcal/mole (corrected)

想请教一下sob老师：E甲醇-水 与 E水-水 的差值很小，这个量级的差值是正常的吗？

[ps：因为我暂时还没有找到甲醇分子与水分子相互作用能的标准值，或者其他带有极性官能团的小分子与水分子的相互作用能的标准值来做参考]

直接采用BSSE校正输出的out文件结尾的能量是否能反应溶液条件下甲醇和水分子的结合能呢？

[ps：因为这个能量差值看起来还要更大一些]

2.3 考虑BSSE校正条件下，将水合球壳中不同的水分子设置成不同的fragment，在out文件中直接用校正后的不同fragment间的能量表达水和球壳中水分子与水分子的相互作用能是合理的吗？


再次感谢sob老师的帮助！

sobereva

1 不能。3-zeta基组算弱相互作用应当加弥散函数，并且计算与水的作用能时最好再通过counterpoise考虑BSSE

2.1 对。但前提是你就是想基于电子能量来求差算结合能，而不是算结合自由能

“E甲醇-水 与 E水-水 的差值很小，这个量级的差值是正常的吗？”正常，本来都是一般强度的O...H-O氢键

“直接采用BSSE校正输出的out文件结尾的能量是否能反应溶液条件下甲醇和水分子的结合能呢？” counterpoise任务没法直接带着溶剂模型用，因此明显不能反映

关于考虑环境分子的影响的做法，看ppt：


其它没什么好补充了

YZH_jesse

sobereva 发表于 2022-4-27 05:10
1 不能。3-zeta基组算弱相互作用应当加弥散函数，并且计算与水的作用能时最好再通过counterpoise考虑BSSE
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感谢sob老师的详细回答！