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pigrass

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伊卡斯特的小猪

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[交流] CH4在MOF-5中的自扩散系数计算已有12人参与

【本帖重点是MS的操作】
这个帖子主要是讲自扩散系数的MS操作，主要涉及forcite模块、adsorption locator模块。限于知识和硬件水平，帖子内计算得到的自扩散系数无参考意义。帖子最后我会单独写写自己关于提高结果准确性的理解。
因为我自己对MOF材料不是很熟悉，如果关于MOF的说法有错误的地方希望大家看到了指出来。

CH4在MOF-5中的自扩散系数计算
1、MOF-5建模
2、MOF-5吸附CH4后的模型
3、forcite动力学计算
4、自扩散系数分析

1、MOF-5模型来自论坛 http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1785384
选的是没有化学键的一个模型，导入MS
用calculate bonds自动生成键【这个功能平时不常用，容易出现奇怪不合理成键，不过这次挺好用】
成键后观察结构，注意苯环的画法、Zn的4配位、对苯二甲酸中-COO-的连线方式
makeP1取消结构对称性【否则下步的CH4会按对称性加入而不是随机加入】

【不知道大家对这个成键有没有意见，对苯二甲酸部分，这样画是不是有问题，常规画法是O-C=O吧，大家可以试试看按常规画法能不能画出合理结构】

新建CH4的结构文件，这个应该不用多说吧

2、激活MOF-5的结构文件，打开adsorption locator
task没得挑，quality为medium
adsorbate选择CH4结构文件，loading为10表示吸附10个CH4分子
energytab：forcefield选dreiding，旁边more，取消勾选calculate automatically，点击calculate，没有错误表示dreiding力场可用，勾选calculate automatically。charge use current，quality medium，summation全选atom based
location、properties全部默认
run
生成的std文件有10个可用的结构，选择一个结构打开

ctrl+A，ctrl+C，新建一个.xsd，ctrl+V【或者直接用目录下生成的.xsd文件】

单击MOF-5上的一个原子，右键select fragment，display style-none隐藏MOF-5
ctrl连续选择所有CH4分子，edit——edit sets——new——命名CH4

空白处右键display style-line，恢复MOF-5的显示

3、forcite
Geometry optimization
more-勾选optimize cell；energy-dreiding，calculate automatically，use current，atom based 跟之前设置都一样。优化晶胞。

Dynamics
more
dynamics-NVT系综，298K，time step0.01fs，total simulation time5.0ps，frame output every每500步输出一个结构
thermostat-velocity scale，波动1.0K
advanced-energy deviation 默认5w【time step0.01fs的设置不合理容易出现deviation超过w5的错误】
energy
同之前的设置
run

4、打开.xtd文件，包含了整个dynamic过程每500steps输出的frame
forcite——analysis——mean square displacement，sets为CH4
origin step设定最小值，length设定最大值
analyse
生成MSD.xcd和MSD.xtd，观察xcd文件，选择有效数据范围，对上述的origin、length重新设置重新analyze

打开新生成的MSD.xcd选择两列数据
tools——plot graph——scatter 2D，show best fit line——plot
生成的Scatter plot.xcd，有斜率，自扩散系数=斜率/6
【该步可以用其他数据软件处理，只需复制所有数据到其他软件即可】

我计算的自扩散系数只有3.5/6，远远小于文献值http://www.docin.com/p-462693767.html

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之前说过，限于知识和硬件，仅能做MS操作的演示，本帖的最后结果没有参考意义
下面关于如何尽量做到合理数据写写我自己的理解
1、力场，MS自带的力场中只是能够自动分配MOF-5力场的就没几个
例如Zn的力场，dreiding分配的是zinc；UFF分配的是zinc，tetrahedral，+2 oxidation state，可以说通用力场只做通用计算，并不专门用于MOF，计算的数值可能会差点。MOF好用的力场有OPLS、Trappe等，可惜MS都不能用
http://muchong.com/html/201103/3000701.html
http://muchong.com/html/200905/1311556.html【介绍了如何修改力场，可以试试用需要的LJ势函数修改力场文件】

dynamic过程应该也可以用第一性原理或者量子化学计算吧，结果可能精确点，时间么，大家都懂的，有服务器会好点吧

2、dynamic的时间，依旧来源文献http://www.docin.com/p-462693767.html。
文献里做了6ns，前面2.5ns用于平衡结构，后面3.5ns的数据用于计算MSD和自扩散系数。我这里的5ps，打开energy.xcd看波动太大，完全没有平衡的意思

最后附上doc版和MOF-5的未成键cif

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