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专题一  LAMMPS分子动力学模拟

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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。

专题二  Gaussian量子化学计算技术与应用

一、理论计算化学理论及相关程序入门

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   不同理论计算方法的优缺点及初步选择

1.5   基组及如何初步选择基组

2、Gaussian安装及GaussView安装及基本操作

2.1   Gaussian安装及设置（Win版和Linux版）

2.2   GaussView安装及设置

2.3   GaussView使用及结构构建

3、Linux、Vi编辑器等及Gaussian基本介绍

3.1   学习Linux基本命令及Vi编辑器

3.2   详细认识输入文件和输出文件（Win和Linux）

3.3   构建Gaussian输入文件并提交任务

二、Gaussian专题操作及计算实例

4、Gaussian专题操作Ⅰ：（均含操作实例）

4.1   结构几何优化及稳定性初判

4.2  单点能（能量）的计算及如何取值

4.3   开壳层与闭壳层计算

4.4   频率计算及振动分析(Freq)

4.5 原子受力计算及分析（Force）

4.6   溶剂模型设置及计算（Solvent）

5、Gaussian专题操作Ⅱ：（均含操作实例）

5.1   分子轨道、轨道能级计算及查看

5.2  HOMO/LUMO图的绘制

5.3  布居数分析、偶极矩等计算及查看

5.4  电子密度、静电势计算及绘制（SCF、ESP）

5.5  自然键轨道分析（NBO）

三、Gaussian进阶操作及计算实例

6、 Gaussian进阶操作I：势能面相关（均含操作实例）

6.1   势能面扫描 (PES)

6.2   过渡态搜索（TS和QTS）

6.3   反应路径IRC等

6.4   反应能垒：熵，焓，自由能等

7、Gaussian进阶操作II：——各类光谱计算及绘制（均含操作实例）

7.1   紫外吸收，荧光和磷光

7.2   红外光谱IR

7.3   拉曼光谱RAMAN

7.4   核磁共振谱NMR

7.5 电子/振动圆二色谱（ECD/VCD）

7.6   外加电场与磁场(Field)

8、Gaussian进阶操作III：——激发态专题

8.1   垂直激发能与绝热激发能

8.2   垂直电离能与电子亲和能

8.3   重整化能（重组能）

8.4   激发态势能面

8.5   激发态能量转移（EET）

8.6   自然跃迁轨道（NTO）

8.7   激发态计算方法讨论

9、Gaussian进阶操作IV：——高精度和多尺度计算方法

9.1   多参考态(CASSCF)方法及操作

9.2   背景电荷法

9.3   ONIOM方法与QM/MM方法及操作

9.4   结合能（Binding Energy）和相互作用能（包含BSSE修正，色散修正等）

9.5   非平衡溶剂效应及其修正

四、Gaussian计算专题与实践应用

10、Gaussian综合专题I：Gaussian报错及其解决方案

10.1   如何查看报错及解决Gaussian常见报错

10.2   专项：SCF不收敛解决方案

10.3   专项：几何优化不收敛（势能面扫描不收敛）解决方案

10.4   专项：消除虚频等解决方案

10.5   专项：波函数稳定性解决方案

11、Gaussian综合专题II：常用密度泛函和基组分类、特点及选择问题

11.1 Jacobi之梯下的交换相关能量泛函

11.2 常见交换相关泛函优缺点及用法

11.3 长程修正泛函、色散修正泛函等

11.4 常见基组特点及用法选择 （自定义基组等，基组重叠误差等）

12、Gaussian文献I: 聚集诱导荧光（AIE）和激发态分子内质子转移（ESIPT）

12.1   聚集诱导荧光(AIE)与聚集诱导猝灭（ACQ）

12.2 激发态质子转移ESIPT

12.3 晶体结构及分子建模

12.4 QM/MM与ONIOM计算

12.5 重整化能，圆锥交叉及质子转移

(文献：Dyes and Pigments Volume   204, August 2022, 110396 )

13、Gaussian文献专题II: 热激活延迟荧光(TADF)

13.1 热激活延迟荧光TADF机理

13.2 分子内能量转移Jablonski图

13.3 旋轨耦合与各类激发能

13.4辐射速率、非辐射速率、（反）系间穿越等

13.5 评估荧光效率

(文献：ACS Materials Lett. 2022, 4, 3, 487–496)

14、其他量化软件简介及总结Molcas/Molpro,   Q-chem, lammps, Momap, ADF, Gromacs等

专题三  ReaxFF反应力场计算开发技术与应用

第一天 上午

ReaxFF基础理论

1.  ReaxFF反应力场概述

1.1. ReaxFF反应力场的发展历程和基础

1.2. ReaxFF反应力场参数分枝与详解

1.3. ReaxFF反应力场的应用领域

第一天 下午

ReaxFF基础入门

2.  ReaxFF反应力场基础入门

2.1. 所需输入重要文件详解包括 control,  geo, ffield等文件

2.2. 结合实例，讲解输入文件命令行，输出文件

2.3. ReaxFF反应力场简单实例操作及结果查看

2.4. ReaxFF反应力场运行软件安装和配置(standalone ReaxFF,LAMMPS)

2.5. ReaxFF 反应力场的选取和准备

第二天 上午

ReaxFF计算软件

3.  分子建模，可视与计算软件

3.1. 建模软件gview, material studio

3.2. 可视软件molden, VMD, OVITO

3.3. ReaxFF计算软件 standalone ReaxFF, LAMMPS

3.4  ReaxFF 特殊功能介绍：改变温度体积，产生特定比例混合物，设置电荷，限制优化和扫描，添加删除分子，结果查看和分析等

第二天 下午

ReaxFF计算软件

4.  Lammps实例操作

4.1. LAMMPS运行设置和后处理程序软件ChemTraYzer等的安装和配置

4.2. Lammps燃烧过程简单例子（模拟和分析）

4.3. LAMMPS高级算例：模拟化学摩擦过程（CMP）：建模，loading和shearing过程模拟，结果分析等

第三天 上午

ReaxFF进阶实例

5.  ReaxFF进阶实例操作，理解计算模拟的过程及物理意义

实例操作：溶液中的质子转移(JPCB,JPCL文献)

5.1. 建立初始模型：重点注意事项(minimization->nvt->compress->npt->nvt)

5.2. 输入文件设置, 开启输出unfolded坐标文件

5.3. 模拟步骤：能量最小化，压缩，系综平衡等

5.4. VMD查看结果分析：msd，扩散系数，rdf，sdf, 质子追踪等

第三天 下午

ReaxFF进阶实例

实例操作：碳化硅表面石墨烯的生长（Chem. Mater文献）

5.5. 建模与输入文件，表面选取与准备

5.6. 热分解法生长石墨烯，删除表面硅

5.7. cvd法生长石墨烯，添加乙炔分子

5.8. 可视评估石墨烯质量 （模拟结果统计与可视化）

第四天 上午

ReaxFF高级实例

6.  量子化学软件CP2K入门

6.1. CP2K基本功能介绍

6.2. CP2K的下载和安装

6.3. CP2K的结构文件的建模

6.4. CP2K输入文件讲解和建立

6.5. CP2K输出文件介绍和可视化转化

第四天 下午

ReaxFF高级实例

7.  CP2K结构优化、过渡态搜索和力场开发实例

7.1. CP2K研究有机分子在固体表面的吸附

7.2. CP2K过渡态计算以及结构和能量提取

7.3. ReaxFF反应力场开发所需文件详解

7.4. 提取CP2K计算结果实现ReaxFF训练集的构建

7.5. ReaxFF力场验证

交流互动环节

针对学员的问题一一作答