gau_g_xTB：基于社长的gau_xtb 思路扩展的 g-xTB 与溶剂化 Gaussian External 接口

Illuminatia

先前用半经验方法辅助寻找反应路径和做高通量计算时，卢天老师的 gau_xtb 给了我很大帮助。它的核心作用是把 Gaussian 和 xTB 接起来：Gaussian 负责优化、频率、过渡态搜索等流程控制，xTB 负责快速提供能量、梯度和 Hessian。这样在正式 DFT 计算之前，可以先用较低成本摸清构型、虚频模式和过渡态附近的大致情况。后来我在使用实验性的 g-xTB 时，遇到了一个实际需求：原版 gau_xtb 主要面向常规 xTB 调用，并没有直接支持我当时使用的 g-xTB 调用方式；同时，溶剂化计算中的相关参数也不方便从 Gaussian External 接口中干净地传递给底层 xTB/g-xTB 程序。实际使用时，脚本路径、临时文件、converter、小工具和服务器环境又很容易混在一起。换一台机器后，常见问题往往不是方法本身，而是接口脚本里残留了旧路径，或者缺少某个转换程序，或者参数没有正确传到底层程序。

所以我在 gau_xtb 思路的基础上，把自己使用的 g-xTB 联动方式整理成了一个相对干净、便于迁移的压缩包：

1. gau_g_xTB.tar.gz

复制代码

这个包的作用很简单：让 Gaussian 通过 External 接口调用支持 –gxtb 的 xTB/g-xTB 可执行程序，并允许在 Gaussian 输入中比较方便地传递 g-xTB 和溶剂化相关参数。这样在 Gaussian 的 opt、freq 和过渡态初筛流程中，可以由 g-xTB 提供能量、梯度和 Hessian。

本包当前按以下版本整理和测试：

• g-xTB distribution label：v2.0.1
• 可执行文件报告：xtb version 6.7.1 (26dd68d)
• 可执行文件编译日期：2026-05-14
• xtb –help 中确认 –gxtb 选项可用
  

基本用法

解压后进入目录：

1. tar -xzf gau_g_xTB.tar.gz
   
2. cd gau_g_xTB

复制代码

在目标机器上编译 Gaussian 坐标到 xyz 的转换程序：

1. scripts/build_genxyz.sh

复制代码

设置 g-xTB 安装目录：

1. export GXTB_HOME=/path/to/gxtb-install-root

复制代码

默认情况下，脚本会调用：

1. $GXTB_HOME/bin/xtb

复制代码

因此，这个 xtb 可执行文件需要支持 –gxtb。

随后可以先运行自检：

1. scripts/smoke_check.sh

复制代码

如果只是想查看 wrapper 支持哪些参数，可以运行：

1. /path/to/gau_g_xTB/xtb.sh –help

复制代码

Gaussian 输入示例

实际 Gaussian 输入中，建议一开始直接写 xtb.sh 的绝对路径，避免被 PATH 问题干扰。后续还是建议使用Environment Modules 方便版本管理。

例如，用 g-xTB COSMO 做结构优化，可以写成：

1. #p opt external=’/path/to/gau_g_xTB/xtb.sh –parallel 4 –solvent cosmo:ch2cl2’ UGBS nosymm

复制代码

频率计算可写成：

1. #p freq external=’/path/to/gau_g_xTB/xtb.sh –parallel 4 –solvent cosmo:ch2cl2’ UGBS nosymm

复制代码

过渡态初筛或释放约束后的 TS 优化可写成：

1. #p opt(ts,calcfc,noeigen,nomicro) external=’/path/to/gau_g_xTB/xtb.sh –parallel 4 –solvent cosmo:ch2cl2’  UGBS nosymm

复制代码

这里的电荷、多重度、坐标和其它 Gaussian 关键词仍然按普通 Gaussian 输入来写。Gaussian 在每一步会告诉外部程序当前需要几阶导数，xtb.sh 内部大致对应为：

• derivative level 0：调用 –sp
• derivative level 1：调用 –grad
• derivative level 2：调用 –hess –grad
  

在 g-xTB 模式下，如果要修改这个值，可以用 –xtb-arg 把参数直接传给底层 xTB/g-xTB。例如：

1. –xtb-arg –etemp –xtb-arg 300

复制代码

溶剂化相关参数也可以通过 wrapper 传递到底层程序。当前示例中使用的是：

1. –solvent cosmo:ch2cl2

复制代码

具体可用的溶剂模型和溶剂名称仍取决于使用者本机安装的 xTB/g-xTB 版本，请以对应版本的 xtb –help 和官方文档为准。

压缩包内容

解压后主要结构如下：

1. gau_g_xTB/
   
2. ├── xtb.sh
   
3. ├── extderi.py
   
4. ├── README.md
   
5. ├── VERSION.md
   
6. ├── NOTICE.md
   
7. ├── src/
   
8. │   ├── genxyz.f90
   
9. │   └── extderi.f90
   
10. ├── scripts/
    
11. │   ├── build_genxyz.sh
    
12. │   └── smoke_check.sh
    
13. └── examples/
    
14. └── …

复制代码

其中：

• xtb.sh 是 Gaussian 调用的入口；
• extderi.py 负责把 xTB/g-xTB 的能量、梯度和 Hessian 转成 Gaussian External 需要的输出格式；
• src/genxyz.f90 和 src/extderi.f90 保留 Fortran converter 源码；
• examples/ 提供 Gaussian 示例输入；
• scripts/build_genxyz.sh 用于在目标机器上编译 genxyz；
• scripts/smoke_check.sh 用于做基本自检；
• README.md、VERSION.md 和 NOTICE.md 分别记录使用说明、版本信息和来源说明。
  

作者与来源说明

这个包的出发点来自卢天老师原先的 gau_xtb 思路：利用 Gaussian External 接口，把 Gaussian 的任务流程和 xTB 的快速能量及导数计算接起来。包内 Fortran 版 genxyz / extderi 的 lineage 也归功于 Dr. Tian Lu，Beijing Kein Research Center for Natural Sciences；相应原始注释已保留。

我在此基础上主要针对自己使用 g-xTB 时遇到的问题做了整理和扩展，包括：

• 增加对实验性 g-xTB 调用方式的支持；
• 支持从 Gaussian External wrapper 向底层 xTB/g-xTB 传递溶剂化相关参数；
• 增加 Python 版 extderi.py converter；
• 补充示例输入、自检脚本和说明文档。
  

NOTICE.md 中也写明了这些来源和贡献关系。

如果在研究中使用了，请注意引用原版接口：

1. Tian Lu, gau_xtb: A Gaussian interface for xtb code, http://sobereva.com/soft/gau_xtb (accessed month day, year)

复制代码

使用建议

第一，这个脚本只解决接口问题：也就是 Gaussian 如何把结构和导数需求交给 g-xTB，以及如何把结果读回来。它不保证 g-xTB 本身一定适合某个具体体系。

第二，g-xTB 相关选项和溶剂设置本身仍在发展中，不建议把 wrapper 跑通等同于结果已经可靠。过渡态、虚频、溶剂模型、热化学校正和最终能垒仍然需要按具体体系认真检查。

第三，我更建议把它用于初筛、构型摸索和给后续更高级别计算提供起点，而不是直接把它当成最终能垒计算方案。

如果 Gaussian 报 External 程序输出缺失，可以先看当前作业目录下的：

1. gau_xtb_command.log
   
2. xtbout
   
3. xtb.err

复制代码

如果提示 genxyz 不存在或不可执行，通常就是还没有在当前机器上运行：

1. scripts/build_genxyz.sh

复制代码

如果底层 xTB/g-xTB 报溶剂、参数或 –gxtb 相关错误，建议直接在命令行中先测试对应的 $GXTB_HOME/bin/xtb 是否支持这些选项，再回到 Gaussian External 流程中排查。

笔者能力有限, 写的没有非常优雅，欢迎批评指正。

gau_g_xTB.tar.gz (8.63 KB, 下载次数 Times of downloads: 3)

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Stardust0831

溶剂化参数我是直接改接口脚本里调用xtb部分的命令，加xtb支持的溶剂模型选项。
似乎是相当于把要给xtb的参数放在调用命令的后面避免了侵入性较强的直接改脚本？看起来蛮可行的。
g-xTB对输入输出要求有啥额外特别的地方么，想请教一下您做了哪些额外工作以支持g-XTB呢？g-xTB的可用性现在怎么样，支持解析hessian了嘛？

我之前写过了gau_xTB的python实现，可以在windows和linux等更多的平台实现gaussian和xTB联用，所有的功能也都在同一个文件里实现、无需复制多个文件，跨平台实现gaussian与xTB程序联用搜索过渡态、产生IRC、做振动分析，这个项目的github仓库是开源的，如果g-XTB的参数确有特殊之处，或许可以把这事也推广到这个跨平台版本，我很欢迎外部pr或者明确的需求issue，我们可以一起成为这类开源代码仓库的代码贡献者

Illuminatia

Stardust0831 发表于 2026-6-27 21:54
溶剂化参数我是直接改接口脚本里调用xtb部分的命令，加xtb支持的溶剂模型选项。
似乎是相当于把要给xtb的 ...

怎么说呢,实际上就是同时支持的xTB 和新的g-xTB, 实际上用的gau_xTB的那一套原理, 只是parser改成了Python 版 extderi.py. 然后支持直接在“.gjf” 直接添加溶剂化参数

Stardust0831

Illuminatia 发表于 2026-6-27 22:08
怎么说呢,实际上就是同时支持的xTB 和新的g-xTB, 实际上用的gau_xTB的那一套原理, 只是parser改成了Pytho ...

想请教一下是因为g-xTB的输出格式有变化导致旧有接口失效了嘛？我比较好奇您为了支持g-xTB具体做了啥额外工作？