求助一维体系吸附一个阴离子的吸附能计算的周期性和真空层的设置

xrpeng · 发表于 Post on 2026-3-25 23:56:44

你好，我想使用CP2K计算一个一维体系吸附一个阴离子的吸附能，尤其是在水中（这也是选CP2K的原因）。但是我在建模时对周期性设置和真空层设置存在诸多疑问，恳请大家帮我看看

根据我的了解：CP2K 中可以通过CELL部分的PERIODIC 设置周期性的方向；在DFT/POISSON部分有PERIODIC 设置静电的周期性， POISSON_SOLVER选择求解器
1. 真空环境下，对于1D体系的吸附，根据我对关键词的理解，可以设置CELL/PERIODIC=POISSON/PERIODIC =Z 以及POISSON_SOLVER=ANALYTIC，
但是考虑计算成本，使用CELL/PERIODIC=POISSON/PERIODIC =XYZ 以及POISSON_SOLVER=PERIODIC并在非周期性方向增加5埃米真空层是否足够？
2. 被吸附物有偶极矩，是要继续改变真空层厚度找到能量收敛的真空层厚度吗（我做的测试发现增大盒子大小，真空层约10->40 存在一个极值,而不是收敛，不知道是不是因为吸附物带电，这个我会继续分析）
不想使用ANALYTIC是怕后续加溶剂计算很耗时
3. 后续要加溶剂，请问可以直接用真空下确定的晶胞尺寸，向其中加水分子吗？（因为我想的是把这个一维体系尽可能放在盒子中间的，感觉和二维体系直接在上方加水盒子不太一样。）
或者是还要重新测试晶胞尺寸呢

Stardust0831 · 发表于 Post on 2026-3-26 03:06:04

X周期性的时候又不是只能ANALYTIC，通常可以用PERIODIC的。后者也是multiwfn的默认情况。XYZ的话能量收敛的真空层厚度很难找了。
CP2K的隐式溶剂模型，也就是self-consistent continuum solvation (SCCS)，可以把溶剂近似当作连续介质来对待，对耗时增加有限、使用也方便，无需考虑具体的溶剂分子的不同构象了，唯一的缺点就是不太能描述溶剂类似的氢键这种非常强的作用。如果隐式溶剂模型可以描述好这个体系，就直接考虑隐式溶剂模型吧。或者只在可能有氢键的地方加个别几个显式的溶剂分子，剩下的靠隐式溶剂描述，这种混合溶剂模型在实战中也很常用。

KazusaT · 发表于 Post on 2026-3-26 03:58:01

一个建议：为什么用CP2K？如果是研究聚合物吸附阴离子的情况，其实恰当截取片段也能得到很好的结果。你可以考虑一下

Stardust0831 · 发表于 Post on 2026-3-26 04:38:56

KazusaT 发表于 2026-3-26 03:58
一个建议：为什么用CP2K？如果是研究聚合物吸附阴离子的情况，其实恰当截取片段也能得到很好的结果。你可以 ...

CP2K处理这种聚合物长链确实蛮有优势的，不需要纠结用的分子的聚合度是多少了，不需要纠结怎么封端，算的也明显更快。MOLOPT系列基组的BSSE问题无需再特殊处理。cp2k算上千原子的尺度都没有问题，直接显式溶剂模型的时候cp2k能更好的表现溶剂内环境。
当然如果是那种重复单元不超过50原子、截取完重复周期不超过200原子的材料，又需要隐式溶剂模型的话，那在缺乏使用SCCS经验的情况下确实是量子化学程序+SMD会更有优势一些。经验上截取的重复周期其实不宜过少，至少3个吧，否则就是单体或者二聚体而非聚合物了。

sobereva · 发表于 Post on 2026-3-26 04:57:17

那叫埃，不叫埃米

根据体系具体情况，很可能截成有限长度的体系当非周期性体系用CP2K或Gaussian等量子化学程序计算更好。CP2K当成严格的一维周期性来计算只能用ANALYTIC，而结果随真空区增加收敛慢，用很大真空区又浪费时间。用PERIODIC当三维周期性计算这样带净电的体系还得考虑后校正，麻烦。另外，CP2K的SCCS有时候导致SCF难收敛，有时候还得调参数折腾，不如Gaussian的IEFPCM、SMD用着痛快。

xrpeng · 发表于 Post on 2026-3-27 03:38:22

Stardust0831 发表于 2026-3-26 03:06
X周期性的时候又不是只能ANALYTIC，通常可以用PERIODIC的。后者也是multiwfn的默认情况。XYZ的话能量收敛的 ...

谢谢，这个体系确实要考虑氢键，所以还是倾向于显式溶剂模型，不过混合溶剂模型倒也可以作为一个选项考虑看看🤔

xrpeng · 发表于 Post on 2026-3-27 03:48:08

sobereva 发表于 2026-3-26 04:57
那叫埃，不叫埃米

根据体系具体情况，很可能截成有限长度的体系当非周期性体系用CP2K或Gaussian等量子化 ...

谢谢社长。当非周期性去算这件事我会继续考虑的。或者我不去分析真空了，因为真实环境的确在溶剂中，我就是习惯性地想先看看真空什么情况。这样的话加一个阳离子当三维周期性算，是不是可行呢，只是这样的话晶胞尺寸我还没搞清楚如何确定

sobereva · 发表于 Post on 2026-3-27 04:30:54

xrpeng 发表于 2026-3-27 03:48
谢谢社长。当非周期性去算这件事我会继续考虑的。或者我不去分析真空了，因为真实环境的确在溶剂中，我就 ...

CP2K里即便用了溶剂模型照样设置盒子时需要考虑真空区尺寸。此真空是数值计算方法要求的（用平面波作为辅助基所必需的），和物理上的真空完全是两码事

晶胞尺寸的事，没体系细节没法说

xrpeng · 发表于 Post on 2026-3-27 22:06:59

sobereva 发表于 2026-3-27 04:30
CP2K里即便用了溶剂模型照样设置盒子时需要考虑真空区尺寸。此真空是数值计算方法要求的（用平面波作为辅 ...

请问“CP2K里即便用了溶剂模型照样设置盒子时需要考虑真空区尺寸” 的意思是：例如我的体系在Z方向有周期性，如果我用三维周期性算，在X和Y方向上要在水之外再加一层真空层是吗，那优化或者动力学过程水分子会不会跑进我加的真空层区域呢

sobereva · 发表于 Post on 2026-3-27 23:04:16

xrpeng 发表于 2026-3-27 22:06
请问“CP2K里即便用了溶剂模型照样设置盒子时需要考虑真空区尺寸” 的意思是：例如我的体系在Z方向有周期 ...

我是指本质上是非周期性的方向不可能让盒子正好贴着原子核，至少要令电子分布的地方都在盒子里面。必要时还需要做盒子尺寸的收敛性测试

xrpeng · 发表于 Post on 2026-3-29 06:03:15

sobereva 发表于 2026-3-27 23:04
我是指本质上是非周期性的方向不可能让盒子正好贴着原子核，至少要令电子分布的地方都在盒子里面。必要时 ...

噢噢好的，谢谢社长！

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