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金虫 (正式写手)

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[交流] 【求助】CuBTC MOF + CO2 MuSiC 问题已有12人参与

在用MuSiC测试体系: CO2+CuBTC的时候, 发现了两个问题:
(1) 采用与文献相同模拟, 相同参数, 相同软件的情况下, 吸附量差别很大;
(2) 改变压力做吸附等温线, 不同压力下的吸附量竟然差别不大.

应该是哪里的设置有些问题. 让我细细道来, 大家评论一下.

拿来测试的文献是: Molecular Simulations and Experimental Studies of CO2, CO and N2 adsorption in Metal-Organic Frameworks, J. Phys. Chem. C, 114, 15735, 2010

更具体一点, 试图重复的数据是该文献Figure-2中, 298K下CO2在CuBTC中的吸附. 在GetData的帮助下, Figure-2中CO2在CuBTC的吸附量大致如下:

Pressure, KPa             Loading, mol/kg
41.28                         2.22
120.67                      5.40
321.05                      10.93
530.09                      12.94
720.96                      14.03
1149.34                   14.95

以41.28KPa这个压力点为例, 贴出所有我计算中用到的文件.

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1楼2010-11-03 14:13:26

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引用回帖:

Originally posted by ghcacj at 2010-11-03 15:23:50:

插值的结果不如取点的结果精确，还有就是map.ctr文件中，500.0 # High end potential cutoff, KJ/mol 这个数值建议降低，取100试试看。不然能量太高的点被保留，可能对计算会有影响。你按照我给你说的那些改 ...

这个是正解! 我注意到这个问题了. 这是我做的一个测试, 当然不是针对CO2, 但是同样的吸附原子,

(a) 不考虑库仑作用, 仅仅计算VDW 的吸附等温线:

1.0000000000000          0.1312500
5.0000000000000          0.6143750
10.000000000000          1.1325000
30.000000000000          2.7875000
50.000000000000          4.0531250
80.000000000000          5.6306250
90.000000000000          6.0700000
100.00000000000          6.6918750
150.00000000000          8.6287500
180.00000000000          9.1937500
200.00000000000          9.9331250
300.00000000000          12.6425000
400.00000000000          14.6625000
500.00000000000          16.4937500
600.00000000000          18.1562500
700.00000000000          19.6356250
800.00000000000          20.9943750
900.00000000000          22.0650000
1000.0000000000          22.9000000
5000.0000000000          40.9293750

(b) 考虑VDW+库仑

2.5330000000000          180.4000000
3.4280000000000          185.0000000
5.3890000000000          188.0500000
7.5260000000000          189.0000000
9.3050000000000          189.0000000
12.680000000000          190.4000000
15.530000000000          191.0000000
18.370000000000          192.0000000
21.910000000000          194.8500000
25.990000000000          197.0000000
31.130000000000          199.0000000
37.320000000000          199.0000000
40.680000000000          199.0000000
44.030000000000          199.0000000
46.860000000000          201.9500000
50.920000000000          202.0000000
55.850000000000          202.0000000
60.260000000000          202.0000000
66.240000000000          203.0000000
68.880000000000          203.0000000
73.100000000000          203.0000000
76.970000000000          203.0000000

虽然压力数值(左轴)不很匹配, 但是多少能看出来一些. 也许就是因为emap的cutoff太大了.

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20楼2010-11-03 15:35:27

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金虫 (正式写手)

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(1) 生成CO2的两个pmap文件, 一个是O原子在CuBTC的VDW格点; 另外一个是C原子在CuBTC的VDW格点.

以C原子为例.

(a). Control File

------ General Information ------------------------------------------
CO2 in CuBTC_M4, to generate C_CO2 Pamp@CuBTC
1
1
1
1
2
191283
4
C_CO2.CuBTC_M4.pmap.res
C_CO2.CuBTC_M4.pmap.con
------ Atomic Types --------------------------------------------------
7

C_CO2
C_CO2.atm

Ca_CuBTC_M4
Ca_CuBTC_M4.atm

Cb_CuBTC_M4
Cb_CuBTC_M4.atm

Cc_CuBTC_M4
Cc_CuBTC_M4.atm

Cu_CuBTC_M4
Cu_CuBTC_M4.atm

O_CuBTC_M4
O_CuBTC_M4.atm

H_CuBTC_M4
H_CuBTC_M4.atm

------ Molecule Types -------------------------------------------------
2

CO2_C_prob
CO2_C_prob.mol

CuBTC_M4
CuBTC_M4.mol
------ Simulation Cell Information ------------------------------------
CuBTC_M4
1, 1, 1
1, 1, 1
------ Forcefield Information -------------------------------------------
BASIC
ATM
atm_atm_file
mol_mol_file
intramolecular_file
------ Mapmaker Information  -----------------------------------------------
1       # Number of maps to make
      #  PLEASE KEEP THIS 'BLANK LINE'!!
CuBTC_M4    # Name of the sorbent
CO2_C_prob    # Name of prob atoms of the sorbate
NCOUL LJ  # Typer of interaction to be mapped
0.1    # Grid of spacing, Angstrom
500.0    # High end potential cutoff, KJ/mol
C_CO2.LJ.M4.pmap    # Map filename or AUTO
------ Configuration Initialization -------------------------------------
CO2_C_prob
GCMC NULL
CuBTC_M4
FIXED NULL

(b) mol_mol_file

CuBTC_M4 CuBTC_M4 NCOUL OFF
CuBTC_M4 CuBTC_M4 COUL OFF

CO2_C_prob       CO2_C_prob COUL OFF
CO2_C_prob       CO2_C_prob NCOUL OFF

CO2_C_prob    CuBTC_M4 COUL OFF
CO2_C_prob    CuBTC_M4 NCOUL BASIC LJ FAST

(c) intramolecular_file

Intra: CO2_C_prob
Intra: CuBTC_M4

(d) atm_atm_file
### CuBTC_M4, JPCB, 2006, 110, 17776
Ca_CuBTC_M4 Ca_CuBTC_M4 LJ SIG@3.75 EPS@44.91 HICUT@13.0 LOCUT@0.5
Cb_CuBTC_M4 Cb_CuBTC_M4 LJ SIG@3.55 EPS@35.23 HICUT@13.0 LOCUT@0.5
Cc_CuBTC_M4 Cc_CuBTC_M4 LJ SIG@3.55 EPS@35.23 HICUT@13.0 LOCUT@0.5
Cu_CuBTC_M4 Cu_CuBTC_M4 LJ SIG@3.11 EPS@2.52 HICUT@13.0 LOCUT@0.5
O_CuBTC_M4    O_CuBTC_M4 LJ SIG@2.96 EPS@73.98 HICUT@13.0 LOCUT@0.5
H_CuBTC_M4    H_CuBTC_M4 LJ SIG@2.42 EPS@15.10 HICUT@13.0 LOCUT@0.5
# L-B Mixture for Intra-CuBTC atoms
Ca_CuBTC_M4  Cb_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
Ca_CuBTC_M4  Cc_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
Ca_CuBTC_M4  Cu_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
Ca_CuBTC_M4 O_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
Ca_CuBTC_M4 H_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5

Cb_CuBTC_M4  Cc_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
Cb_CuBTC_M4  Cu_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
Cb_CuBTC_M4 O_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
Cb_CuBTC_M4 H_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5

Cc_CuBTC_M4  Cu_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
Cc_CuBTC_M4 O_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
Cc_CuBTC_M4 H_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5

Cu_CuBTC_M4 O_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
Cu_CuBTC_M4 H_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5

O_CuBTC_M4 H_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
##########################################################################

##########################################################################
### CO2
C_CO2    C_CO2    LJ SIG@2.8    EPS@27.0    HICUT@13.0 LOCUT@0.5
O_CO2    O_CO2    LJ SIG@3.05 EPS@79.0    HICUT@13.0 LOCUT@0.5
# L-B Mixture for Intra-NH3 atoms
C_CO2    O_CO2    LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5

## CO2-CuBTC_M4, L-B Mixture
C_CO2    Ca_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
C_CO2    Cb_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
C_CO2    Cc_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
C_CO2    Cu_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
C_CO2    O_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
C_CO2    H_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5

O_CO2    Ca_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
O_CO2    Cb_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
O_CO2    Cc_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
O_CO2    Cu_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
O_CO2    O_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
O_CO2    H_CuBTC_M4 LJ SIG@LBMIX EPS@LBMIX HICUT@13.0 LOCUT@0.5
##########################################################################

##############################################################################
##### Coulombic

############################################################################
### CO2-CO2 #####
C_CO2 C_CO2 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.2
O_CO2 O_CO2 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.1
C_CO2 O_CO2 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.1

### CO2-CuBTC_M4  #####
C_CO2 Ca_CuBTC_M4 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.1
C_CO2 Cb_CuBTC_M4 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.1
C_CO2 Cc_CuBTC_M4 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.1
C_CO2 Cu_CuBTC_M4 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.1
C_CO2    O_CuBTC_M4 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.1
C_CO2    H_CuBTC_M4 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.1

O_CO2 Ca_CuBTC_M4 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.1
O_CO2 Cb_CuBTC_M4 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.1
O_CO2 Cc_CuBTC_M4 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.1
O_CO2 Cu_CuBTC_M4 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.1
O_CO2    O_CuBTC_M4 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.1
O_CO2    H_CuBTC_M4 WFCOUL HICUT@13.0 ALPHA@0.1
################################################################################

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一些molecule文件和atom文件

(a)  CuBTC_M4.mol文件, 不管是生成pmap, 还是emap, 还是GCMC的时候, 都是同一个, 其文件内容如下:

字数限制, 该文件内容不完整.

## Basic Molecule Information
## CuBTC Model-4
## CuBTC, Total number of atom in CuBTC UnitCell: 624
## The Charge Information is from, JPCB, 2006, 110, 17776
## Cu:  1.098 *  48
##  O: -0.665 *  192
## Ca:  0.778 *  96
## Cb: -0.092 *  96
## Cc: -0.014 *  96
##  H:  0.109 *  96
## The initial coordinates (dehydrated form) are from "Science, 1999, 283, 1148"

Molecule_Name: CuBTC_M4 CHARGED

Coord_Info: Listed Cartesian Rigid NOTRANSFORM
   624
   1       8.341 6.405  -1.376    O_CuBTC_M4 -0.665 0    0
   2    18.002  19.938  -1.376    O_CuBTC_M4 -0.665 0    0
   3    18.002 6.405 1.376    O_CuBTC_M4 -0.665 0    0
   4       8.341  19.938 1.376    O_CuBTC_M4 -0.665 0    0
   5    -1.376 8.341 6.405    O_CuBTC_M4 -0.665 0    0
   6    -1.376  18.002  19.938    O_CuBTC_M4 -0.665 0    0
   7       1.376  18.002 6.405    O_CuBTC_M4 -0.665 0    0

.....
.....

621    10.195  21.654 4.689    Cb_CuBTC_M4    -0.092    0    0
622    11.362  20.990 5.353    Ca_CuBTC_M4    0.778 0    0
623    10.195 4.689  21.654    Cb_CuBTC_M4    -0.092    0    0
624    11.362 5.353  20.990    Ca_CuBTC_M4    0.778 0    0

  Fundcell_Info: Listed
   26.34300    26.34300    26.34300 # unit cell edge lengths
   90.00000    90.00000    90.00000 # unit cell angles
      0.00000       0.00000       0.00000 # origin of unit cell
   26.34300    26.34300    26.34300 # effective bound box size

(b) CO2_C_prob.mol 文件

Molecule_Name: CO2_C_prob
Coord_Info: Listed Cartesian Rigid
1  # Number of atoms in molecule
1  0.000000 0.000000 0.000000 C_CO2  0.0  0  0

Atom文件比较简单, 这里给出分别来自CuBTC和CO2的原子文件为例

(c) Cu_CuBTC.atm

##### Basic atom information

Atom_Name: Cu_CuBTC
Atom_Symbol: Cu
Atom_SS_Charge: 0.0
Atom_SZ_Charge: 0.0
Atom_Mass: 63.546
Atom_Valency: 2

(d) C_CO2.atm

##### Basic Atom Information

Atom_Name: C_CO2
Atom_Symbol: C
Atom_SS_Charge: 0.4
Atom_SZ_Charge: 0.4
Atom_Mass: 12.0
Atom_Valency: 4

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3楼2010-11-03 14:14:48

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分别生成的两个pmap文件命名为:

C_CO2.M4.LJ111.pmap
O_CO2.M4.LJ111.pmap

至于emap, 针对每种吸附质, 只需要生成一个, 其原理就是生成该吸附质的库仑力格点.

(a) Control File 内容

------ General Information ------------------------------------------
CuBTC_M4, to generate eamp@CuBTC
1
1
1
1
2
191283
4
CuBTC_M4.emap.res
CuBTC_M4.emap.con
------ Atomic Types --------------------------------------------------
7

Patom
Patom.atm

Ca_CuBTC_M4
Ca_CuBTC_M4.atm

Cb_CuBTC_M4
Cb_CuBTC_M4.atm

Cc_CuBTC_M4
Cc_CuBTC_M4.atm

Cu_CuBTC_M4
Cu_CuBTC_M4.atm

O_CuBTC_M4
O_CuBTC_M4.atm

H_CuBTC_M4
H_CuBTC_M4.atm

------ Molecule Types -------------------------------------------------
2

probe
probe.mol

CuBTC_M4
CuBTC_M4.mol
------ Simulation Cell Information ------------------------------------
CuBTC_M4
1, 1, 1
1, 1, 1
------ Forcefield Information -------------------------------------------
BASIC
ATM
atm_atm_file
mol_mol_file
intramolecular_file
------ Mapmaker Information  -----------------------------------------------
1       # Number of maps to make
      #  PLEASE KEEP THIS 'BLANK LINE'!!
CuBTC_M4    # Name of the sorbent
probe    # Name of prob atoms of the sorbate
COUL EWALD  # Typer of interaction to be mapped
0.1    # Grid of spacing, Angstrom
500.0    # High end potential cutoff, KJ/mol
AUTO    # Map filename or AUTO
------ Configuration Initialization -------------------------------------
probe
GCMC NULL
CuBTC_M4
FIXED NULL

(b) probe.mol 内容:
Molecule_Name: probe CHARGED

Coord_Info: Listed Cartesian Rigid
1
1 0.000000 0.000000 0.000000 Patom 1.0 0 0

Molecule_DOF: 3

(c) Patom.atm 内容:

##### Basic Atom Information

Atom_Name: Patom
Atom_Symbol: P
Atom_SS_Charge: 0.0
Atom_SZ_Charge: 0.0
Atom_Mass: 14.0067
Atom_Valency: 0

此处生成的CuBTC的emap命名为:
CuBTC_M4.111.emap

至此, 前期的准备工作, 包括: atm文件, mol文件, pmap文件, emap文件都准备完毕.

[ Last edited by qphll on 2010-11-3 at 14:50 ]

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Life, Love, Laugh.

4楼2010-11-03 14:15:15

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