《Gaussian入门》
合集下载
gaussian相关基础知识
1“零点能”是指：量子在绝对温度的零点下仍会保持震动的能量，这个振动幅度会随着温度增加而加大。
“零点能”就是原子核旋转惯性能。
我们生活生产除核中子间斥力能外都是利用的核旋能，包括身体发热所需能量等，当然也包括燃烧、发光、发热和“磁”线圈产生的“磁力”。
零点能是对分子的电子能量的矫正，表明了在0K 温度下的分子的振动能量对电子能量的影响。
当比较OK 时的热动力学性质时，零点能需要被加到总能量中。
2密度泛函理论的基本原理是: 体系的基态能量是由电子的密度唯一确定的,其基本方程为Kohn-Sham方程, 它与HF方程在形式上完全一样, 只不过是用交换相关泛函代替HF的交换部分而已.在原理上是可以精确计算的,如果可以确定它的精确泛函的话。
但是, 由于其泛函没有一套系统的方法来逼近精确泛函，因此其必须从经验来确定泛函.这就是DFT近似的根源。
3 当体系变的松散时，ab initio 和DFT 基本上得不到最稳定的结构，你可以先用分子力学去优化一下。
或者你需要固定的原子是不是太大，如果可以作为环境处理的话，可以考虑QM/MM。
另外，初次优化基组不要用太大，逐步提高。
4如果你计算freq有个很小的虚频，可以用改变网格来消虚频。
默认的网格是75302，加入这个命令是指定99590网格。
5 L9999 出错就是说在默认的循环次数里未完成所要求的工作,无法写输出文件。
6一般地，优化所得驻点的性质（极小点还是过渡态）要靠频率来确定；而对过渡态，要确定反应路径（即到底是哪个反应的过渡态）必需要做IRC 了，不然靠不住的（往往用QST 找到的过渡态并不一定就是连接输入反应物和产物的过渡态）。
7在我们用QST2 或QST3 来优化过渡态时，需输入反应物和产物，实际上反应物和产物的输入顺序是没有关系的。
就是说，先输反应物后输产物和先输产物后输反应物得到的是同样的过渡态。
这也好理解，QST2 里对过渡态的初始猜测实际上是程序自动将输入的反应物和产物的各变量取个平均，所以输入顺序是没有关系的。
新手友好：高斯09计算DFT中HOMO与LUMO轨道方法
新手入门：Gaussian09通过DFT优化分子结构计算出HOMO/LUMO 轨道基础教程(零基础小白操作指南)所需软件：化学硕士研究生理论计算纯手打经验分享，制作人：坑里的铁蛋菌1.创建打开，File→New→Creat new molecule group在创建面板画出所需计算分子式（以苯环为例）。
图1-1菜单栏图1-2画图界面2.计算菜单栏：依次选择Caculate→Gaussian calculation set up→job type:选择opt+Frep图1-3job type参数Method选择参数如下图：图1-4Method参数其中Basis set中计算方法可根据自身情况选择，图示参数为最简化计算方法。
Method之后的参数系统默认即可，不影响计算结果。
图1-5其它参数界面Submit提交；会提示保存，根据提示界面进行保存（注意保存路径必需全英文）；保存文件后弹出转向高斯对话框,点击OK,跳出高斯计算对话框；等待计算结束（计算过程中保持Gauss09Revision计算对话框进行中，Gauss view09可关闭不影响计算）图1-6提交界面图1-7提示保存图1-8保存路径全英文图1-9保存文件后弹出转向高斯对话框图1-10高斯开始计算计算完成，对话框弹出，选择是关闭对话框。
图1-11计算完成弹出对话框3.数据分析打开存储路径，计算完成后，共生成三个文件.图1-12存储路径打开Gauss view09，将后缀为.chk的文件拖入其中。
可以得到经过优化的结构。
图1-13结构优化后的苯环进入菜单栏Edit-->MOs选项，得到窗口如图1-15图1-14MOs选项选中visualize-->单击update，将开始进行电子云渲染。
图1-15MOs点击后呈现页面图1-16电子云渲染4.数据加工渲染结束后，对话框中呈现出HOMO与LUMO轨道的空间电子云分布图，可进行具体分析，单机轨道旁的小方块对HOMO和LUMO轨道进行切换。
《Gaussian培训》课件
结果分析
对计算结果进行分析，如 能量分解、轨道分析、电 荷分布等。
结果导出
将计算结果导出为其他软 件格式，如Xyz、Pdb等， 以便在其他软件中进行进 一步分析。
03
Gaussian软件进阶使用
高级计算方法
1 2 3
MP2方法
MP2方法是基于Hartree-Fock自洽场方法的二 阶Møller-Plesset微扰理论，适用于计算相对精 确的基态能量和电子相关效应。
反应机理研究案例
总结词
利用Gaussian软件进行反应机理研究，涉及反应路径计算、过渡态寻找和动力学模拟等。
详细描述
反应机理研究对于理解化学反应的本质和过程至关重要。Gaussian软件提供了反应路径计算和过渡态 寻找的方法，可以确定反应的最低能量路径和关键中间体。动力学模拟可以帮助研究反应速率和反应 机制，为实验设计和改进提供理论支持。
计算材料性质
02
材料模拟可以计算材料的电子结构、光学性质、力学性质、热
学性质等。
模拟软件
03
常用的材料模拟软件包括VASP、Quantum ESPRESSO和
CASTEP等。
04
Gaussian软件常件计算中最常见的问题之一，通常表 现为计算无法完成或结果不准确。
1990年代
Gaussian软件不断更新和 完善，逐渐成为广泛使用 的量子化学计算软件。
2000年代至今
Gaussian软件持续发展， 不断推出新版本，支持更 多的理论方法和基组，应 用领域也不断扩大。
02
Gaussian软件基本操作
文件操作
打开文件
使用“File”菜单中的 “Open”选项打开Gaussian 输入文件(.gjf或.gjfx)或输出文
《Gaussian培训》课件
Gaussian软件的发展历程
• Gaussian软件的发展历程可以追溯到上世纪80年代，自1980年代中期以来，Gaussian软件不断推出新的版本，并逐渐实 现了从单一的量子化学计算软件到计算化学综合平台的转变。目前，Gaussian软件已经成为全球使用最广泛的计算化学软 件之一。
Gaussian软件的主要功能和应用领域
06
参考文献
参考文献
Gaussian 09, Revision A.01, Mopac 2012, and associated
tutorials and examples.
Gaussian 09, Revision A.01, Mopac 2012, and associated
tutorials and examples.
依据。
金属表面的结构和性质研究
要点一
总结词
Gaussian软件可用于金属表面结构的研究，预测表面 形貌、电子结构以及化学反应活性等性质。
要点二
详细描述
借助Gaussian软件，科研人员可以模拟金属表面的电 子云分布、能带结构以及化学反应活性等性质，为催 化剂设计、能源存储与转化等应用提供理论支持。
Gaussian培训
2023-11-12
目录
• Gaussian软件概述 • Gaussian计算方法介绍 • Gaussian软件操作流程 • Gaussian软件应用实例 • Gaussian软件的优缺点及未来发展 • 参考文献
01
Gaussian软件概述
Gaussian软件简介
• Gaussian软件是一款广泛应用于计算化学领域的软件，由美国 Gaussian公司开发。它提供了一系列的计算化学工具，包括分 子建模、量子化学计算、分子动力学模拟等，被广泛应用于药 物设计、材料科学、能源研究等领域。
《Gaussian培训》课件
Gaussian软件简介
软件概述
Gaussian软件是一款广泛应用于计算化学领域的计算程序， 主要用于分子构型优化、势能面扫描、反应动力学模拟等计 算模拟。
Gaussian软件基于量子力学原理，采用从头算和密度泛函理 论等方法，能够模拟分子的结构和性质，为化学科研工作者 提供重要的理论依据和工具。
够预测反应能否发生及反应途径。
在材料科学中的应用
电子结构和性质
使用Gaussian软件计算材料的电子结构和性质，有助于研究其物理和化学性质。
晶体结构和能带结构
通过Gaussian软件模拟材料的晶体结构和能带结构，有助于研究其光电、热学等性质。
材料设计和优化
利用Gaussian软件进行材料设计和优化，能够提高材料的性能并开发出新的材料。
ห้องสมุดไป่ตู้
03
Gaussian软件高级功能介绍
分子构型优化
总结词
分子构型优化是一种计算方法，用于寻找分子的最低能量构象。
详细描述
通过分子构型优化，可以确定分子的稳定构象和最低能量构象。该方法基于量子 力学原理，使用迭代方法来逐渐优化分子的几何结构，以获得最低的总能量。
势能面扫描
总结词
势能面扫描是一种计算方法，用于在给定的坐标轴上扫描分 子的能量表面，以确定分子的能量最小值。
软件安装问题
总结词
Gaussian软件的安装过程中可能会遇到各种问题，例如安装程序无法运行、安装 后无法启动等。
详细描述
在安装Gaussian软件时，可能会因为操作系统环境、权限设置等问题导致安装程 序无法正常运行。同时，安装成功后，也可能会因为环境变量、权限设置等问题 导致软件无法正常启动。
计算精度问题
在药物设计领域，Gaussian软件可以用于研究药 物分子的作用机制、药物与靶点之间的相互作用 等。
软件概述
Gaussian软件是一款广泛应用于计算化学领域的计算程序， 主要用于分子构型优化、势能面扫描、反应动力学模拟等计 算模拟。
Gaussian软件基于量子力学原理，采用从头算和密度泛函理 论等方法，能够模拟分子的结构和性质，为化学科研工作者 提供重要的理论依据和工具。
够预测反应能否发生及反应途径。
在材料科学中的应用
电子结构和性质
使用Gaussian软件计算材料的电子结构和性质，有助于研究其物理和化学性质。
晶体结构和能带结构
通过Gaussian软件模拟材料的晶体结构和能带结构，有助于研究其光电、热学等性质。
材料设计和优化
利用Gaussian软件进行材料设计和优化，能够提高材料的性能并开发出新的材料。
ห้องสมุดไป่ตู้
03
Gaussian软件高级功能介绍
分子构型优化
总结词
分子构型优化是一种计算方法，用于寻找分子的最低能量构象。
详细描述
通过分子构型优化，可以确定分子的稳定构象和最低能量构象。该方法基于量子 力学原理，使用迭代方法来逐渐优化分子的几何结构，以获得最低的总能量。
势能面扫描
总结词
势能面扫描是一种计算方法，用于在给定的坐标轴上扫描分 子的能量表面，以确定分子的能量最小值。
软件安装问题
总结词
Gaussian软件的安装过程中可能会遇到各种问题，例如安装程序无法运行、安装 后无法启动等。
详细描述
在安装Gaussian软件时，可能会因为操作系统环境、权限设置等问题导致安装程 序无法正常运行。同时，安装成功后，也可能会因为环境变量、权限设置等问题 导致软件无法正常启动。
计算精度问题
在药物设计领域，Gaussian软件可以用于研究药 物分子的作用机制、药物与靶点之间的相互作用 等。
《Gaussian培训》课件
参数的选择和设置
输入文件参数
在使用Gaussian进行计算时，需要正确设置输入文件 参数，包括计算类型、分子结构、计算方法等。
软件参数设置
Gaussian软件中存在许多参数选项，需要根据具体的 计算需求进行相应的设置，如收敛标准、截断能等参数 ，以确保计算结果的准确性和可靠性。
06
参考资料
参考资料一：Gaussian入门指南
计算设置的调整
方法选择
根据不同的计算类型选择相应的 方法，如分子力学、量子力学等 。
基组选择
根据计算的精度要求选择合适的 基组，如DFT、MP2等。
收敛标准
控制计算结果的稳定性和精度， 通常需要多次尝试不同的收敛标 准以找到最佳结果。
输出结果的解析
结果概述
能量分析
几何结构
频率分析
包括计算类型、方法、基组、优 化目标等信息。
软件要求
Gaussian软件需要安装于Windows、Linux或Mac OS操作系统中，同时需要具备相应的软件环境，如 Fortran编译器、Python解释器等。
安全性和效率问题
安全性
在使用Gaussian进行计算时，需要注意数据的保密性和完整性，采取措施防止计算结果被篡改或窃取 。
效率问题
Gaussian软件计算量大，需要耗费大量时间和计算资源，因此在使用过程中需要注意效率问题，采用 有效的计算方法和参数设置来提高计算速度。
分子构型优化
通过寻找最低能量的分子构型，为 分子的稳定性和化学反应机理提供 依据。
能量计算
计算析
模拟分子的振动光谱，包括红外光 谱、核磁共振谱等。
势能面扫描
在给定的坐标轴上扫描构型，寻找 势能面的最低点或反应通道。
《Gaussian入门》课件
打开外部编辑器
编辑输出文件
《Gaussian入门》
Gaussian 程序工具
将.chk文件转换为.fch文件，这种 文件可以使用图形软件打开
将.fch文件还原为.chk文件
从指定.chk文件中显示作业的 route section和title
将.chk文件转换成文本格式
将以前版本的Gaussian产生的 .chk文件转换为G03的.chk文件
Volume
计算分子体积
IrcMax 在指定反应途径上找能量最大值 Density=CheckPoint
Route Section
➢ Route Section以# 开始，# 控制作业的输出
✓ #N 正常输出；默认 (没有计算时间的信息) ✓ #P 输出更多信息。包括每一执行模块在开始和结束时与计算机系统有关的各种
信息 (包括执行时间数据，以及SCF计算的收敛信息) ✓ #T 精简输出：只打印重要的信息和结果。
%int=name.int, %d2e=name.d2e
.int文件在计算过程中存储双电子积分, .d2e文件在计算过程中存储双电子积分的二阶导数
➢ 内存使用控制
%mem=n
控制运行过程中使用内存的大小,可以以W或者MB，GB为单位 default：6000000W＝48MB 综合考虑到计算的需要和硬件水平，内存《G并au非ssi给an入得门越》多越好，最有效率的方法是
分子说明部分，段后通常加空行
《Gaussian入门》
% Section(link 0)
➢ 定义计算过程中的临时文件
%chk=name.chk
.chk文件在计算中记录分子几何构型，分子轨道，力常数矩阵等信息
%rwf=name.rwf
《Gaussian入门》
✓ 同一行不同项之间可以使用空格，逗号和“/”连接； 例：#p hf/6-31g scfcyc=230 scfcon=8 #p,hf/6-31g,scfcyc=230,scfcon=8
✓ 关键词可以通过 keyword =option,keyword(option), keyword=(option1, option2, ...)，keyword( option1, option2, ...)指定
ADMP&BOMP Force Stable Volume
Density=CheckPoint
Guess=Only
ReArchive
动力学计算 计算核的受力 波函数稳定性测试 计算分子体积 仅计算布居分析 仅作分子轨道初猜 从.chk文件中提取存档
➢ Route Section采用自由格式，大小写不敏感
Preferences: 对Gaussian程序进行初 始化设置
➢自定义外部文字编辑器，用来打开.out文件 ➢link.exe所在的文件夹 ➢临时文件存放文件夹
Gaussian 图形工具栏
批处理专用
开始作业 暂停当前作业 当前link后暂停 恢复当前作业 终止当前作业
终止当前作业和批处理 在当前作业完成后终止批处理 编辑或建立批处理
% Section(link 0)
➢ 定义计算过程中的临时文件
%chk=name.chk
.chk文件在计算中记录分子几何构型，分子轨道，力常数矩阵等信息
%rwf=name.rwf
.rwf文件主要在作业重起时使用，当计算量比较大时，.rwf文件通常会非常大，此时需要将 之分割保存
%int=name.int, %d2e=name.d2e
➢ Route Section主要由方法，基组，任务类型三部分组成
✓ 关键词可以通过 keyword =option,keyword(option), keyword=(option1, option2, ...)，keyword( option1, option2, ...)指定
ADMP&BOMP Force Stable Volume
Density=CheckPoint
Guess=Only
ReArchive
动力学计算 计算核的受力 波函数稳定性测试 计算分子体积 仅计算布居分析 仅作分子轨道初猜 从.chk文件中提取存档
➢ Route Section采用自由格式，大小写不敏感
Preferences: 对Gaussian程序进行初 始化设置
➢自定义外部文字编辑器，用来打开.out文件 ➢link.exe所在的文件夹 ➢临时文件存放文件夹
Gaussian 图形工具栏
批处理专用
开始作业 暂停当前作业 当前link后暂停 恢复当前作业 终止当前作业
终止当前作业和批处理 在当前作业完成后终止批处理 编辑或建立批处理
% Section(link 0)
➢ 定义计算过程中的临时文件
%chk=name.chk
.chk文件在计算中记录分子几何构型，分子轨道，力常数矩阵等信息
%rwf=name.rwf
.rwf文件主要在作业重起时使用，当计算量比较大时，.rwf文件通常会非常大，此时需要将 之分割保存
%int=name.int, %d2e=name.d2e
➢ Route Section主要由方法，基组，任务类型三部分组成
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
打开外部编辑器
编辑输出文件
Gaussian 程序工具
将.chk文件转换为.fch文件，这种 文件可以使用图形软件打开
将.fch文件还原为.chk文件
从指定.chk文件中显示作业的 route section和title
将.chk文件转换成文本格式
将以前版本的Gaussian产生的 .chk文件转换为G03的.chk文件
.int文件在计算过程中存储双电子积分, .d2e文件在计算过程中存储双电子积分的二阶导数
➢ 内存使用控制
%mem=n
控制运行过程中使用内存的大小,可以以W或者MB，GB为单位 default：6000000W＝48MB 综合考虑到计算的需要和硬件水平，内存并非给得越多越好，最有效率的方法是 根据作业类型估算所需要内存的大小
% Section(link 0)
➢ 定义计算过程中的临时文件
%chk=name.chk
.chk文件在计算中记录分子几何构型，分子轨道，力常数矩阵等信息
%rwf=name.rwf
.rwf文件主要在作业重起时使用，当计算量比较大时，.rwf文件通常会非常大，此时需要将 之分割保存
%int=name.int, %d2e=name.d2e
整理课件
24
不同理论方法的资源消耗
整理课件
25
Gaussian 程序的结构
Gaussian
L0 Overlay0 L001
L101 L102 Overlay1
L122
link0: 初始化程序，控制overlay
link1: 读入并处理Route Section， 建立要执行的link列表
link9999: 终止计算
Water
01 O H 1 R1 H 1 R1 2 a1
R1=1.04 a1=104.0
% Section： 行首以%开始，段后无空行 Route Section：行首以#开始，段后加空行 title：作业的简要描述，段后加空行 Molecular Specification：
分子说明部分，段后通常加空行
% Section 设定作业运行的环境变量 Route Section 设定作业的控制项 Title 作业题目 电荷与自旋多重度 Molecule Specification 分子说明
Gaussian作业的格式
%chk=water.chk %rwf=water.rwf #p hf/6-31g scfcyc=250 scfcon=8
✓ 同一行不同项之间可以使用空格，逗号和“/”连接； 例：#p hf/6-31g scfcyc=230 scfcon=8 #p,hf/6-31g,scfcyc=230,scfcon=8
✓ 关键词可以通过 keyword =option,keyword(option), keyword=(option1, option2, ...)，keyword( option1, option2, ...)指定
16
有效核势基组（Effective Core Potential BS）
整理课件
17
基组
整理课件
18
半经验方法
整理课件
19
半rtree-Fock理论的局限性
整理课件
21
电子相关和后SCF方法
整理课件
22
电子相关和后SCF方法
整理课件
23
密度泛函理论（DFT）方法
Route Section
➢ Route Section以# 开始，# 控制作业的输出
✓ #N 正常输出；默认 (没有计算时间的信息) ✓ #P 输出更多信息。包括每一执行模块在开始和结束时与计算机系统有关的各种
信息 (包括执行时间数据，以及SCF计算的收敛信息) ✓ #T 精简输出：只打印重要的信息和结果。
Gaussian程序入门
Guassian程序功能
整理课件
2
模型化学
整理课件
3
模型化学的构成
整理课件
4
闭壳层和开壳层
整理课件
5
闭壳层和开壳层
整理课件
6
闭壳层和开壳层
整理课件
7
闭壳层和开壳层
整理课件
8
基组（Basis Set）
整理课件
9
基组（Basis Set <BS>）
整理课件
10
基组类型
Overlay9,10,11,99
Overlay99 L9999
整理课件
26
定制内存和硬盘
-M- 2MW -#- MaxDisk=400MB Gaussian程序使用的内存单位W 是双精度字，相当于8字节
2MW=16MB
设置方法：
将Default.r1文件改成default.rou
Gaussian 程序界面
Gaussian 程序工具
编辑批处理作业文件
转换不同格式的分子结构文件
读取.fch文件中的数据并生成 三维空间网格图
利用.chk文件中的分子轨道， 生成电子密度和静电势的空间 分布网格图
从.chk文件中打印出频率 和热化学数据
Gaussian 程序工具
NewZmat工具界面
Gaussian程序的输入文件
Preferences: 对Gaussian程序进行初 始化设置
➢自定义外部文字编辑器，用来打开.out文件 ➢link.exe所在的文件夹 ➢临时文件存放文件夹
Gaussian 图形工具栏
批处理专用
开始作业 暂停当前作业 当前link后暂停 恢复当前作业 终止当前作业
终止当前作业和批处理 在当前作业完成后终止批处理 编辑或建立批处理
➢ Route Section主要由方法，基组，任务类型三部分组成
✓ 方法与基组 ✓ Gaussian程序能完成的任务类型：
Sp Opt Freq Irc IrcMax Scan Polar
单点能量计算（默认任务类型） 分子几何结构优化 振动分析 反应途径计算 在指定反应途径上找能量最大值 势能面扫描 极化率和超极化率计算
整理课件
11
基组类型
整理课件
12
最小基组（Minimal Basis Set）
整理课件
13
分裂价基组（Split Valence Basis Set）
整理课件
14
弥散函数（Diffuse Function）
整理课件
15
高角动量基组（High Anglar Momenture BS）
整理课件
ADMP&BOMP Force Stable Volume
Density=CheckPoint
Guess=Only
ReArchive
动力学计算 计算核的受力 波函数稳定性测试 计算分子体积 仅计算布居分析 仅作分子轨道初猜 从.chk文件中提取存档
➢ Route Section采用自由格式，大小写不敏感