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初级量子化学培训班

来源:未知 作者:admin 发布时间:2020-03-07 21:31

  北京科音初级量子化学培训班为时四天(4*8=32小时,答疑时间另计),专门面向量子化学零基础和初学者开设。培训在介绍理论知识时并不像科音基础量子化学培训班那样侧重深入、全面、详尽、严谨,而是重在通过易于理解的语言把应用性量子化学研究者所必须了解的最基本理论知识讲明白,令学员不面对大量枯燥公式也能正确掌握要领,从而能不犯错地开展常见计算任务、正确理解计算结果并进行分析讨论。课程中对于初学者容易糊涂、犯错的地方都会着重讲解。培训始终•☆■▲强调将讲解的理论知▲●…△识、程序操作与实际问题紧密结合,令学员们能够学以致用,故每个部分都有很多实例演示,并提供一定上机练习时间,期间会手把手指导学员进行计算操作。更多关于本培训的介绍见《谈谈学量子化学如何正确地入门》()。

  课后还留有答疑时间,会详细解答学员在本次课程学习中以及科研当中遇到的各种问题。另外,培训还有专属的QQ群,培训结束后一周内如果对培训所讲的内容有任何疑问、没完全搞懂的地方都可以在群里提问。培训群解散后如果还有★-●=•▽问题需要咨询,在6000人的思想家公社、466017436)和计算化学公社论坛里会继续得到解答。

  本培训由于很高的含金量、极度充实的内容以及良心的价格,得到历届参加者们的高度好评!如果想查看历届本培训班的照片、记录以及学员们的感◆●△▼●想,请点击此链接。各种与北京科音培训班有关的问题请参见北京科音办的培训班FAQ。

  本培训讲授者为北京科音自然科学研究中心主任卢天,以及北京科音自然科学研究中心副主任陈沁雪。介绍见北京科音官网的“人才队伍”页面。

  :介绍理论化学、量子化学、计算化学、分子模拟、第一性原理等概念的含义,介绍量子化学主要研究对象、计算要点、“模型化”的思想、常规研究过程。然后介绍一些量子化学实际▪•★研究例子,以令学员了解量子化学都能研究和解决哪些问题。之后将计算化学中最重要的两个组成,即量子化学和分子动力学的差异进行对比。之后讨论计算化学的意义和优势、缺点和劣势、当前发展形势。之后对主要的计算化学程序进行简▼▲要盘点。最后对量子化学波函数分析的概念和用途进行简要科普。

  :考虑到有很多对计算化学零基础的学员,这部分对计算化学工作者必知的各方面常识进行简要介绍,包括:不同操作系统的特点、不同Linux的发行版本、虚拟机、编程与编译的相关问题、计算程序中数值表述和数值运算的几个问题、计算化学主要的期刊、计算化学网络资源、计算化学常用单位、设定文件路径的注意事项、计算化学学习方法和研究习惯等。还对购买量子化学研究用的计算机的配置进行推荐。

  :首先介绍量子力学最初步的知识,包括薛定谔方程、哈密顿算符、一维谐振子体系和三维多粒子体系的处理、Born-Oppenheimer近似、分子体系的哈密顿、“理论方法”与“基组”的关系。之后介绍量子化学常用理论方法。其中首先对常见理论方法进行分类、简谈不同类型方法之间的精度和耗时关系,然后依次简要介绍Hartree-Fock、半经验方法、电子相关问题、组态相互作用、微扰理论、耦合簇方法,并对比不同后HF方法。之后讲量化研究领域使用得最广泛的密度泛函理论(DFT)的基本思想、Kohn-Sham DFT方程、交换/相关泛函的概念和分类、近来的发展、DFT-D色散校正,然后对常见的交换-相关泛函进行归类列举,评价DFT的现状和未来,对密度泛函计算中的格点积分方法进行简要提及。之后,对一般情况的计算方法的选择进行建议,根据研究的体系和问题对泛函的选用进行推荐,并且着重说明弱相互作用的计算级别选择。接下来介绍其它量化计算的常识性概念,包括分子轨道、自旋多重度、闭壳层与开壳层、gap、不同计算形式(R/RO/U)、轨道的称呼,并且结合许多实例细致说明体系净电荷与自旋多重度的设定问题。最后简要介绍能量导数的意义和用处。

  :首先介绍与基组有关的基本概念,包括基函数、高斯型函数(GTF)、收缩型基函数、收缩度、壳层、极小基、扩展基、极化函数、弥散函数。之后介绍各种常用基组,包括Pople系列基组(6-31G、6-311G系列)、Dunnings相关一致性基组(cc-pVnZ系列)、Ahlrichs def2系列基组。然后对研究一般问△▪▲□△题用的基组的选用进行建议,并对比不同基组的耗时。之后讨论基组选用的一些经验和原则,介绍混合基组的概念。然后对相对论效应和赝势相关的概念进行介绍,并且把常见的赝势和赝势基组进行盘点,并且给出赝势基组的选用建议,提及赝势使用时需要注意的问题。

  :对主流量子化学程序各方面基本知识进行介绍,包括程序基本特点、支持的功能、理论方法、导数支持情况、版本更新和版本差异、安装与配置、各种文件的用处、程序结构、遇到错误如何应对。然后详细介绍输入文件格式、书写注意事项、关键词的写法、关键词使用的注意事项、各种理论方法的输入、基组的•●输入、加DFT-D色散校正的方式、混合基组和赝势基组的使用,然后介绍程序在计算资源的使用方面的问题。接下来会介绍笛卡尔、内坐标的概念,以及体系坐标在输入文件中的书写方式。最后介绍程序的界面、自带的各种辅助工具。

  :介绍常用分子可视化程序的界面、文件的载入与保存、各个按钮的用处、快捷键、一些重要操作技巧、片段的设定、对称化与点群的概念和利用、计算任务的提交,并特别提及程序对键类型▪…□▷▷•的判断问题。期间会结合一系列实际体系演示如何以最好、最快的方式构建种类多样、特征各异的分子。

  :介绍单点任务的基本概念,程序执行单点任务的具体流程。然后结合实际体系,详细解读输出文件里的各项输出的含义,介绍如何观看分子轨道图形、偶极矩矢量,以及考察一些相关信息(如原子电荷、HOMO-LUMO ▲★-●gap、轨道系数、SCF迭代细节)。之后再以一个开壳▷•●层体系为例,讲解怎么理解输出信息,获得自旋布居,绘制自旋密度图。之后讲解对MP2、双杂化泛函、CCSD(T)、半经验等各种常用级别怎么正确读取真正所需的信息,并且对后HF波函数的产生也进行说明。最后讲解若干与单点能计算有关的问题,包括不同条件计算的单点能之间的可比性问题、可以与单点任务搭配的常用的关键词、SCF不收敛的解决、利用对称性的重要性,并且对不同计算级别、设定下计算耗时进行对比以让初学者对不同情况下的耗时心里基本有数。

  :介绍势能面的基本概念以及与势能面相关的概念,包括原子受力、Hessian矩阵、力常数矩阵、驻点、极大点、极小点、鞍点、IRC、过渡态、分子振动、实频与虚频。对量子化学研究中涉及势能面的各种任务进行简要介绍。最后特别强调哪些因素会影响势能面,并进而会影响哪些计算结果。

  :先介绍几何优化基本知识、量化中用的◇=△▲几何优化算法(牛顿法、准牛顿法、RFO、GDIIS、GEDIIS)、收敛的判断。然后介□◁绍如何在量化程序中做几何优化,会介绍优化的具体细节流程、关键词的设定、计算级别的选用、收敛限、初猜结构的恰当设置问题,并结合实际化学体系的计算解读输出文件中的信息。然后介绍怎么观看优化轨迹、监控优化过程、考察收敛趋势、冗余内坐标的概念、优化中出错的解决。之后介绍限制性优化、冻结的设定。最后讲解若干与优化相关的问题,包括解决虚频的方法、优化中的对称性问题、几何优化不收敛/振荡的解决。

  :介绍什么是过渡态、什么情况没有过渡态、量化中对化学反应的研究方式。然后介绍量化程序寻找过渡态的基本算法、如何恰当构建初猜结构,并传授过渡态搜索的一些要点和经验,解释怎么判断过渡态的合理性。之后结合十几个化学反应例子,通过演示和练习帮助学员弄明白过渡态搜索的一般性操作。

  :介绍IRC的概念和实际用处,说明量化程序中与IRC任务有关的关键词,如何对关键词恰当进行设定、如何观看IRC轨迹、如何绘制各种性质随IRC轨迹的变化。然后结合一系列实际化学反应,解读输出文件里的信息,通过演示和练习令学员熟练掌握做IRC任务的流程。之后讲解一些做IRC任务的要领,比如如何针对不同研究目的恰当设定IRC计算参数,并说明如何解决常见问题,比如IRC往往刚走没几个点就莫名其妙自动停了。最后介绍反应能垒的概念,演示如何计算反应能垒和反应过程能量变化。

  :先介绍势能面扫描的意义、用处。然后介绍刚性扫描在量化程序中的实现,通过不同实际情况进行举例、对输出信息进行解读。之后介绍柔性扫描的具体实现,并结合多个实例讲解如何正确理解柔性扫描结果。

  :先介绍实际研究中对分子振动问题最常用的谐振模型的概念,以及基于它得到的谐振频率的特点。然后介绍怎么在量化程序中做振动分析,并讨论计算级别的选择、频率校正因子的概念和使用。之后结合实际体系,介绍怎么理解输出文件里的信息、怎么看振动动画,并说明理论红外光谱是如何产生的,以及如何绘制和分析。然后讲解同位素效应对振动分析的影响,以及如何在量化程序中设定同位素。之后在提供的练习中,学员将明白如何通过振动分析的结果指认实验光谱的峰、怎样通过振动频率的改变讨论化学环境/电子态的改变对键特征的影响。最后,介绍拉曼光谱的基本概念、计算原理以及如何通过量化程序计算◇…=▲并绘制出理论拉曼光谱。

  :首先介绍与热力学量有关的基本概念,包括常见热力学量的定义、理想气体假设、热力学量当中的不同成份、热力学校正量等。然后介绍实际计算热力学量时候需要注意的问题,诸如计算级别的选择、同位素与压力的影响、正确的计算热力学量的流程等,并且介绍对于不同问题应当用什么热力学量进行讨论。接下来讲解在量化程序中如何计算热力学量,会讲解需要用的关键词、如何理解输出文件中的各种信息、不同情况下应当用的计算步骤。之后介绍计算小体系热力学量经常用的热力学组合方法的基本思想、原理,以及各种Gn和CBS系列热力学组合方法的精度▲=○▼与耗时关系,然后结合实例讲解如何在量化程序里正确使用热力学组合方法并恰当读取自己需要的数据。此节会给出大量实例和练习,学员将懂得如何计算各种类型体系的各种热力学量,如生成焓、异构化焓、燃烧焓、水合焓、化学或物理过程的自由能变。最后会介绍一些与热力学有关的量的概念和计算,包括平衡常数、Boltzmann分布、电离能、电子亲和能、质子亲和能、键能。

  :首先介绍溶剂效应的本质、溶解过程中能量方面的变化、溶剂模型的基本类型、自洽反应场的概念,并简单介绍主流溶剂模型PCM和SMD。之后讲解隐式溶剂模型对计◆■算产生的影响、如何用用隐式溶剂模型计算溶解自由能、标准态转换问题。接下来讲解如何在量化程序里使用隐式溶剂模型,包括关键词讲解和实例演示。通过培训提供的练习,学员在明白操作的同时也将更深刻理解溶剂效应对体系各方面特征、相互作用能等方面可能产生的影响。最后,将通过一个实例说明某些情况下恰当纳入显●式溶剂分子是多么至关重要。

  :首先介绍磁屏蔽张量的概念以及与实验上的化学位移的联系,然后对NMR计算适用的理论方法和基组进行推荐,之后讲解如何在量化程序里做NMR计算。将通过实例解读输出信息、展示如何获得化学位移数据、绘制理论NMR谱、对峰进行指认。

  :首先介绍激发态的概念、命名,以及与电子激发/激发态有关的概念,如吸收、荧光、磷光、振子强度、激发态寿命、内转换、系间窜越、外转换、振动弛豫、光化学,然后将跃迁过程的真实情况和理论计算时用的假想情况(忽略核振动)的关系进行说明。之后介绍理论吸收/荧光光谱是如何从理论计算数据得到的,谱图是如何受FWHM、振子强度等参数影响的,同时介绍电子圆二色谱(ECD)的产生原理。接下来介绍溶剂效应对电子激发和光谱的影响、怎么在实际计算中考虑。然后讲解电子激发计算时候可以用的理论方法、如何恰当选择计算级别,对TDDFT计算时用的泛函的选择会着重说明。然后讨论理论光谱与实验光谱相符不好的可能原因,介绍电子激发中的轨道跃迁的含义及其贡献的计算,系统地讲解电子激发的类型和区分方法。

  :首先介绍培训所用量子化学程序支持的与激发态有关的功能、支持的计算方法,然后对相关关键词的含义、如何恰当设定◇•■★▼进行讲解,特别强调TDDFT计算时候计算的态数的设定问题。对激发态几何优化、振动分析、产生激发态波函数的方法也进行说明。之后,针对最常用的TDDFT方法,将结合实例解读激发态任务输出的各方面信息,说明如何绘制UV-Vis光谱并且结合补色图解释体系表现出来的颜色,也会演示ECD光谱的绘制、荧光/磷光发射能的计算和荧光光谱的绘制。之后也通过实例演示可以快速计算大体系吸收光谱的ZINDO方法的使用。前面的计算都是真空下的,接下来会结合实例说明如何在各种计算过程中正确纳入溶剂效应。最后,会强调容易被忽视的激发态优化过程中对称性变化问题,并示例对基态为开壳层的情况做TDDFT的方法。

  注意:“量子化学”和“第一性原理”不是一码事,前者指量子化学研究孤立体系(分子、团簇等),而后者是用量子化学的方法研究周期性体系(如材料、晶体),主要用的程序完全不同。本培训讲的是量子化学知识和量子化学程序的使用,并不讲授第一性原理程序的使用(诸如VA▽•●◆SP、Quantum Espresso、CASTEP、CP2K等)。但参加本培训,了解诸多量子化学的基本概念和常识,对于开展第一性原理的研究也是很有益的。

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