分子动力学计算

1、实验项目名称分子动力学计算实验成绩实验者专业班级材物1401组别同组者实验日期年 月 日第一部分：实验分析与设计一、实验内容描述使用MS软件中CASTEP模块建立H2气体分子模型以及分子动力学计算设置； 利用CASTEP和Reaction Preview工具来实现过渡态搜索反应模型的建立，并使用MS 软件显示动态结果。二、实验基本原理与设计（包括实验方案设计，实验手段的确定，试验步骤等，用硬件逻辑或 者算法描述）实验方法H2在扰动下键振动的动力学计算建立键长0.74埃的H2,添加晶胞长度值均为8.00的晶胞，再将H-H键长改为0.8埃Calculation,SETUP 中 Task 为 Dyn

2、amics,Quality 为 Coarse,Functional 为 LDATask后more中，选择Dynamics,在Ensemble选择NVE，计算步数选择20，然后run。计算结束后点击相应.xcd文件，Animation工具列中点play播放受扰动后H-H键长动态变化使用LST/QST工具搜索H在Pd（111）表面离解反应的过渡态结构import Pd 晶体结构，使用 Cleave Surface 工具建立 Pd（111）表面。Fractional thickness 为 2.0 Surface vector U 为 0.5 -1 0.5，V 为 0.5 0.5 -1添加厚度7.0

3、0的真空Build|Bonds,打开 bond calculation,选中 Monitor bondingDisplay style|Lattice,style 设置为 in-cell,再重置为 default复制粘贴至新的3D原子文档中，重命名为reactants添加 a=0.56、b=0.47、c=0.70 的 H1 原子及 a=0.47、b=0.56、c=0.70 的 H2 原子Modify|Constraints，固定 Pd 原子的 fractional 和 cartesian 坐标复制粘贴至新的3D原子文档中命名为products将 H1 分数坐标改为 0.666667、0.333

4、333、0.414103，H2 原子分数坐标改为 0.333333、0.666667、 0.414103勾选 monitor bonding优化几何结构Calculation,setup 选项卡，Task 改为 Geometry Optimization,Quality 为 medium,Functional 设置 为GGA和PBEElectronic 选项卡设置 k-point set 为 GammaMore,SCF 选项卡，Density mixing 下 charge 值为 0.4，在其后的 More 中将 Update interval 改 为30.0秒。run运行定义原子对将prod

5、ucts和reactants两原子文档竖直并列选择Tool|Reaction Preview,选择以上两个原子文档作为Reactant和Product，点击Match，点击 Auto Find分别点击两个文档中的对应原子，点击set matcho直至正确完成所有配对。Reaction Preview 对话框中确保 number of frames 值为 10，点击 preview激活新出现的reactants-products.xtd轨迹文件。勾选monitor bonding,重新播放轨迹动画使用LST/QST/CG方法计算过渡态结构Calculation,setup 选项卡，Task 改为

6、 TS Search0 more 中确保 Search protocol 设置为 CompleteLST/QST,Quality 设置为 MediumJob control选项卡，确保Automatic未被选中，输入TS作为Job description0点击run第二部分：实验调试与结果分析三、调试过程（包括调试方法描述、实验数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）建立气体H2模型。为使缩放过程明显，将H-H键长设为0.8埃4_0.80012；ACalculation中设置如下，模拟结构中原子在计算力影响下的移动Mare.Task: | DynamicsCASTEP Calculati

7、onS曲邛日ectnonic Praperties Job ControlCASTIEP DynamicsQulibr:Functional: Use OBSCoarseR _V |CA-PZ jJmethod for DFT-D corr已uticmSpin polariz&dUse LDA+UMetalF Use formal spir as initialDyn日micE Options | Stress |RundRes.Help2.建立？111）表面模型，真空厚度为7.00埃3.将 a=0.56, b=0.47, c=0.70 的 H1 和 a=0.47, b=0.56, c=0.7

8、0 的 H2 原子到 reactants 中 Pd 表面。 后束缚全部的Pd原子。H2 CASTEP DyrainicsH2再使用CASTEP|Calculation优化几何结构，设置截图如下reac-tairts4.在products中改变两个H原子的坐标，并使每个H原子键合一个Pd原子products *All items matched配对后 Preview,事先确保 number of ftame 值为 10,得 reactants-products.xtd 轨迹文件6.使用LST/QST/CG方法计算过渡态结构。设置截图如下Find Equivalent Atomsreactants

9、 CASTEP GeomOptreactants-products *E & matched st orris i0 unmatched atoms1+1- B mstche atonic=D unmatched atomsAuto Find后对对应的原子set match,使两个文档中所有原子配对 im | prciiiLGt s01CASTEP Calculation匠 Use formal spin as： initialSpin polarized叩 Electronic Properties Job Control 园 CASTEP Transition State .Seanch

10、pnotQCQl:Convergence toleranceQuality:Use LDA+UInitial spin: pRMS convergence:CdEplete LST.0ST| Medium 亍 |D25eV/AMetalCharge:Max. number QSTsteps: |5HelpOptimize reactants and product厂 Calculate partition functions得TS.xsd文档。对此文档进行 Analysis，选择Energy evolution,点击view,得TS.xtd及TSTSSeaarch.xcd图表文件。点击图上不同

11、点可查看轨迹文件中相应结构-4BL6 -+316.5 -4317.5 -T白L9+316,5619+319,5狙 resctant5_CASTEPGeDmOprT5 CASTEP TSS. =少ECASTEP Transition State Search0fl .20.40.6Q.aPath Coordinate0 Ererg/v?. LSTpsth 0 Enwoy vs. CG path 1 0 Trancnflbe |四、实验结果及分析（包括结果描述、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等）1.在 TS.CASTEP 中搜索 Transition State Found,结果如下：

12、reactants CASTEP GeomOptTS CASTEP TSS&archTNE est. OK energy (E-0.5TS)=-4B13.517448234 eVTransition State FownEnergy of reactant:Energy of product:Energy of transition state:Location of transition state:Barrier from reactant:Barrier from product:Energy of reaction:-4919.58713 eV-4919.52148 eV-4819.

13、55243 eV0. 700290.03465 eV-0.03100 eV0.065S5 eV得(1)反应能量：0.06565eV来自反应物的能垒:0.03465eV来自产物的能垒：-0.03100eV点击TS Search图中不同点，可在TS.xtd中查看相应结构*1 react a nt s CAST EP GeomOptTS C 4STEP TSS,-reactants CASTEP GeDrnOprT5 CASTEP TSS. li =i 16| D | 曰ECASTEP Transition State Search回 n:匕，I il - -rl- |tZ I -rq： :. ：.

14、i h I 回 H -n-r -n -r.-rnL FEiictanJs CASTEP GeomOptTS CASTEP TSS.CASTEP Transition State Searcl叫 Energy vs. L5T path 1 苴Energy vs. CG pth 1 回 Ir-areKcn 9reactants CASTEP GeomOptTS CASTEP TSS.,通过TS Search亦可得出反应活化能（起始点至反应峰顶）:囱J reactants CASTEP GeomOptSTS CASTEP TSS. = | 回 E(Aw)6isu 山CASTEP Transition State Search-+3t6w-4S16.5-4317 -48-7.5 -4610 -4619-139.50-6D,BLPath (nordinateF71 Energy vs. LSTpath 1 叵Enetgy vs. CG pa tn L 叵TraretbristatiE/-4815.97- (-4819.59-3.62eV思考题反应势垒