结构优化在原基础上加入两个OH-离子后耗时激增是否合理

科研好难

各位老师好，我用CP2K计算有机物（图一）在CaO催化剂（图二）上的吸附时计算耗时大概如图三所示，当我在原吸附构型基础上在有机物周围加入了两个OH-离子后计算耗时如图四所示，两个优化任务除了电荷不一样之外，其他设置都是保持一致的，请问各位老师，出现这种情况是合理的吗？（两个结构优化的输入文件如附件）

Uus/pMeC6H4-/キ

这个体系看起来是在XY周期性的水溶液中（隐式溶剂模型的介电常数），有一片CaO的slab吸附了个有机分子，然后旁边随意插了俩氢氧根？只用SCCS能表现CaO在水中的表面重构（回想生石灰吸水的化学变化）、有机物和氢氧根参与溶剂水形成的氢键网络（特别是氢氧根要通过Grotthuss机理传导质子）吗？感觉添加一些显式水分子和平衡电荷的阳离子可能会让溶剂化模型更符合化学直觉、波函数更容易收敛吧，计算量会怎样增加就不清楚了。

科研好难

Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2024-10-27 11:29
这个体系看起来是在XY周期性的水溶液中（隐式溶剂模型的介电常数），有一片CaO的slab吸附了个有机分子，然 ...

老师你好，我要做的其实就是有机物在水溶剂中的催化解聚机理，目标就是搜索过渡态，找到合理的反应路径。体系确实是XY周期性结构，采用SCCS隐式水模型，构建吸附初始结构时我先将有机物放到催化剂slab合适位置，然后在有机物旁边两个差不多的位置插了两个氢氧根，因为氢氧根可能参与断键（Grotthuss机理传导质子），但是我一直不太明白这两个位置到底是插氢氧根合理呢还是说插水更合理？一开始我是插水的，后面想着溶剂环境是碱性的，我又换成了氢氧根。按老师你的想法是插水比较合理是吧？个人感觉插水也是合理的，插水再优化吸附结构后水也是被分成了氢氧根和氢离子的。

Uus/pMeC6H4-/キ

科研好难 发表于 2024-10-27 16:27
老师你好，我要做的其实就是有机物在水溶剂中的催化解聚机理，目标就是搜索过渡态，找到合理的反应路径。 ...

不必叫老师，我也在学着{/) (\}

“添加一些显式水”的意思是往体系里添加几十个水分子，用水层把这个催化剂表面和有机物周围完全覆盖，这样才有可能表现复杂的氢键网络。此类初始结构可以用packmol或者gromacs的指令搭建，具体加几个水分子取决于体系大小和计算资源。

说实话，抛开有机物和氢氧根不谈，单是“催化剂”CaO从晶体结构里切的slab直接放在水溶液中，就感觉不符合化学直觉：既然生石灰吸水是很明显的化学变化，CaO放到水里肯定会显著重构（估计界面会有很多羟基修饰，稍深一些是类似Ca(OH)₂的结构，再然后才过渡到CaO体相的晶体结构，可以找文献参考下），这样必然影响有机物吸附效果。隐式水模型没法描述这种化学变化，如果之前这个课题的计算全都只用隐式水模型和CaO晶体切的slab，恐怕得重新考虑下是否符合“水溶液”的研究目标环境了。

科研好难

Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2024-10-28 11:43
不必叫老师，我也在学着{/) (\}

“添加一些显式水”的意思是往体系里添加几十个水分子，用水层把这个 ...

我初期也像你这样考虑的，于是使用gromacs在体系中插入了显示水计算了分子动力学的NVT和NPT作为初始结构，接下来在cp2k进行结构优化耗时巨大，最主要的是这样考虑了显式水后就不能用静态计算的如NEB之类计算过渡态了，因为产物结构相较于反应物结构不仅有机物有变化，周围的水也发生了很多变化，几乎就搜索不到过渡态

pal

考虑水溶液一般也就是把表面羟基化，跑分子动力学除非你用反应力场不然没啥意义，考虑反应的时候确定有水参与的时候才放水，而且也不会放很多水分子，除非是AIMD，时间增加大概率是OH-放入的位置离平衡位置比较远

科研好难

pal 发表于 2024-10-28 15:49
考虑水溶液一般也就是把表面羟基化，跑分子动力学除非你用反应力场不然没啥意义，考虑反应的时候确定有水参 ...

所以我是不是应该插入水进行表面羟基化来形成OH-和H+，而不是直接就插入OH-？

pal

科研好难 发表于 2024-10-28 20:18
所以我是不是应该插入水进行表面羟基化来形成OH-和H+，而不是直接就插入OH-？

你要研究的应该不是水分子是怎么分解导致羟基化的，而是反应怎么在CaO表面发生的，而水会和CaO反应，所以CaO表面很有可能是被羟基化的，所以在建立模型的时候就直接把表面羟基化，至于是不是插入OH-，插入几个需要自行根据反应的具体形式判断，如果同时需要两个就插入两个，需要一个就插入一个，插入的位点需要根据具体反应类型来确定合适的位点