LAMMPS+Gaussian专题

研究背景

近年来，分子动力学及计算化学发展十分迅速，目前已经成为发表重要科研成果的“标准配置”，发表高水平文章更是不能缺少理论计算的助力，并且被广泛应用在化学、物理材料和生物等学科中。

其中分子动力学软件LAMMPS可以模拟气态、液态、固态及混合态体系，并且计算速度快，计算能力强，采用不同的力场和边界条件来模拟全原子，聚合物，生物，金属，粒状和粗粒化等。

而量子化学软件Gaussian是一款功能非常强大的综合软件包，功能全面、图形界面友好、结构和能量计算准确并且精度高，解决了很多实际课题问题。

【专题一】 

“LAMMPS分子动力学模拟技术与应用”

课程	内容
赠送视频内容 MD基础知识	分子动力学模拟入门理论 ——掌握LAMMPS的in文件中实现这些功能的命令 系综理论、主要算法介绍、单位制 积分步长的选取、温度和压力控制 周期性边界条件以及力场简介 分子动力学模拟流程
第一天 上午 LAMMPS 基础入门	1  LAMMPS的基础入门 ——初识LAMMPS是什么？能干什么？怎么用？ 1.1 LAMMPS在win10和ubuntu系统的安装及使用 1.2 in文件结构格式 1.3 in文件基本语法：结合实例，讲解in文件常用命令 1.4 data文件格式 1.5 LAMMPS常见错误解决途径 ☆实例操作： 运行并理解跟自己科研方向相近的例子
第一天 下午 LAMMPS 进阶 （石墨烯、金属材料模拟专题）	2 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义 ——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率 ☆实例操作： 2.1 把剪切模型转换成拉伸模型 2.2 lattice命令石墨烯、金属、合金、高熵合金不同形状模型 2.3 石墨烯(不同力场)、金属、合金、高熵合金等拉伸剪切力学性质模拟
第二天 上午 LAMMPS 进阶 （纳米流体模拟专题）	3 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义 ——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率 ☆实例操作： 3.1 把二维couette和poiseuille流动扩展成三维模型 3.2 建立三维管道内的poiseuille流动 3.3 进行石墨烯通道内的Couette流动和Poiseuille流动模拟 3.4 调节通道表面电荷性质、亲疏水性质，分析其对流动性质的影响 3.5 学习使用packmol，建立复杂混合溶液体系模型 3.6 模拟KCl等盐溶液的纳米流体流动
第二天 下午 LAMMPS 进阶 （热传导模拟专题）	4 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义 ——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率 ☆实例操作： 4.1 理解导热系数意义 4.2 掌握lammps计算导热系数的几种方法 4.3 碳纳米管等导热系数的模拟计算
第三天 上午 LAMMPS 进阶 （多成分体系模拟专题）	5 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义 ——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率 ☆实例操作： 5.1 金属、合金、高熵合金的摩擦模拟 5.2 材料切削模拟 5.3 夹层结构 (graphene/C60/graphene)在不同粗糙度条件下的摩擦模拟
第三天 下午 LAMMPS 进阶 （金属、半导体材料的辐照模拟）	6 离子辐照对石墨烯、金属、碳化硅的离位损伤模拟 6.1 建立模拟体系的初始模型 6.2 PKA动能、位移随时间变化 6.3 点缺陷结构可视化 6.4 点缺陷的数量随时间变化 6.5 点缺陷的空间分布及演化过程
备选内容，根据课堂进度和学员情况决定	VMD、OVITO、msi2lmp等有机小分子建模，模型合并及模拟轨迹文件处理等
第四天 上午 自建分子力场参数文件和金属有机框架材料晶体模型	7 LAMMPS分子力场文件创建及MOFs材料建模 7.1 介绍固体材料单晶包试验数据结构，掌握基本的材料几何特征 7.2 利用MS软件构建MOFs材料单晶包模型和H2和CO2分子模型 7.3 讲解分子作用势能函数，学习编写MS软件中的力场参数文件（off文件） 7.4 简单介绍巨正则系综Monte Carlo方法 7.5 利用Sorption模块将H2和CO2分子插入到MOFs材料 7.6 编写LAMMPS力场文件（frc文件），并通过lammps程序生成data文件 7.7 运行能量最小化及体系的预松弛 7.8 模拟步骤：包括能量最小化NVT平衡，对研究目标的性质进行长时间轨迹平衡-输出研究所关心的性质。 实例操作：金属有机框架（MOFs）储氢和碳捕集模拟，计算密度分布，分子的MSD等性质。
第四天 下午 分子筛纳米膜分离H2/CO2混合气体模拟	8 研究H2/CO2在ZIF-7膜材料中分离性能 ——模拟文献Science 346 (6215), 1356-1359的分离过程 8.1  利用MS软件构建ZIF-7膜材料单晶包 8.2  设计H2/CO2与ZIF-7体系模型，再现文献“Science 346 (6215), 1356-1359”的实验过程。 8.3  自定义分子力场文件（frc文件），通过lammps程序生成data文件 8.4  运行能量最小化及体系的预松弛 8.5  模拟步骤：包括能量最小化NVT平衡，对研究目标的性质进行长时间轨迹平衡-输出研究所关心的性质。 8.6  采用VMD查看动态轨迹 8.7  数据分析，计算RDF，MSD，密度分布，选择性等 实例操作：VMD中查看可视化的动态轨迹，计算密度分布，分子的MSD等，抽取轨迹的动能、势能、总能量等相关数据，对轨迹进行初步分析。
第五天上午 ReaxFF进阶 （碳氢化合物的燃烧）	9 利用ReaxFF模块研究碳氢化合物的燃烧 9.1 ReaxFF反应力场概述 9.2 碳氢化合物和氧气分子体系的构建 9.3 能量最小化及常温弛豫 9.4 升温模拟 9.5 高温下氧化过程的模拟 9.6 轨迹分析及产物物种分析与可视化 实例操作：碳氢化合物燃烧中升温模拟和高温下氧化过程模拟
第五天下午 ReaxFF进阶 （化学机械抛光）	10 利用ReaxFF模块研究化学机械抛光 10.1 利用 LAMMPS进行复杂体系的建模 10.2 能量最小化及预弛豫 10.3 施压过程模拟 10.4 拉伸过程模拟 10.5 采用 OVITO查看动态轨迹以及数据分析等 实例操作：化学机械抛光施压过程模拟和拉伸过程模拟

• 案例图示

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【专题二】 

“Gaussian量子化学计算技术与应用”

课程	内容
理论计算化学理论及程序入门操作	1、理论计算化学简介 1.1 理论计算化学概述 1.2  HF理论及后HF方法(高精度量化方法) 1.3 密度泛函理论和方法 1.4 多种理论计算方法的优缺点及初步选择 1.5 基组及基组的选择 2、Gaussian及GaussView操作基础及应用 2.1 Gaussian及GV安装及设置（Win和Linux） 2.2 Gaussian基础知识及入门操作 2.3 GaussView使用及结构构建 2.4 Linux基本命令及Vi编辑器 2.5 构建Gaussian输入文件并提交任务 2.6 详细认识输入文件和输出文件（Win和Linux）
Gaussian 基础操作及实际计算过程	3、Gaussian基础操作Ⅰ： 3.1 几何优化及稳定性初判 3.2 单点能的计算及取值 3.3 频率计算及分析 3.4 溶剂模型 4、Gaussian基础操作Ⅱ： 4.1 分子轨道、轨道能级 4.2 HOMO-LUMO 图输出 4.3 布居数分析、偶极矩等 4.4 电子密度、静电势计算及绘制（ESP）
Gaussian 进阶操作及实际计算过程	5、Gaussian进阶操作I：——势能面相关 5.1 势能面扫描 5.2 过渡态搜索（TS和QTS） 5.3 反应路径IRC等 5.4 反应能垒 5.5 反应热力学数据获得：熵，焓，内能，零点能，吉布斯自由能的计算 6、Gaussian进阶操作II：——各类光谱计算及绘制 6.1 紫外光谱（吸收和荧光发射）  6.2 红外光谱   6.3 拉曼光谱   6.4 NMR计算 6.5 垂直电离能及垂直电子亲和能 7、Gaussian进阶操作III：——激发态专题 7.1 垂直激发能与绝热激发能 7.2 振子强度、 7.3 激发态势能面 7.4 激发态计算方法讨论 8、Gaussian进阶操作IV：——高精度和多尺度计算方法 8.1 CASSCF方法及使用 8.2 ONIOM方法及使用 8.3 溶剂模型、背景电荷与ONIOM方法的比较
Gaussian 计算专题与实践应用（模拟文献）	9、Gaussian计算专题I——Gaussian常见报错及处理方法 9.1 如何查看报错及常见报错 9.2 SCF不收敛  9.3 几何优化不收敛（势能面扫描不收敛）  9.4 消除虚频等 10、Gaussian计算专题II——流行密度泛函特点及选择 10.1 B3LYP的优缺点 10.2 PBE，CAM-B3LYP、wB97XD、M06-2X等特点及选择 11、Gaussian计算专题III——聚集诱导荧光（AIE）和激发态分子内质子转移（ESIPT） 11.1 晶体结构及分子建模 11.2 QM/MM与ONIOM计算 11.3 重整化能，圆锥交叉及质子转移 (文献：Dyes and Pigments Volume 204, August 2022, 110396 ) 12、Gaussian计算专题IV——热激活延迟荧光(TADF) 12.1 看懂分子内能量转移Jablonski图 12.2 TADF与各类激发能 12.3 辐射速率、非辐射速率、（反）系间穿越等 12.4 评估荧光效率 （文献：ACS Materials Lett. 2022, 4, 3, 487–496 ） 其他相关软件介绍,如VMD、MS、VASP、Gromacs等

久等了！LAMMPS + Gaussian王炸专题来咯

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