Gaussian 笔记-外观图鉴-大掌门游戏活动

BY-admin 2025-11-18 21:33:09 外观图鉴

本文是南开大学孙宏伟老师《量子化学与分子力学/分子模拟》课程

Gaussian 实操部分的笔记，孙老师这部分的授课内容主要基于《Exploring

Chemistry with Electronic Structure

Methods》第二版和第三版中的实例，这本书也被称为“高斯圣经”，非常具有代表性。我在孙老师的授课基础上，同时也参考了此书和其它的一些资料，尽可能从解决实际问题的角度出发，整理整篇笔记。

1 Gaussian 文件

1.1 Gaussian 输入文件结构

Gaussian 的输入文件后缀名为“.gjf”，下面以示例的“e2_01.gjf”为例：

1234567891011%chk=e2_01# RHF/6-31G(d) spFormaldehyde Single Point Energy0 1C 0. 0. 0.O 0. 1.22 0.H .94 -.54 0.H -.94 -.54 0.

输入文件解析：

1234567891011%chk=e2_01 ## 生成 chk 文件# RHF/6-31G(d) sp ## Route Section，理论方法/基组计算内容 ## 必须空一行Formaldehyde Single Point Energy ## Job 名，不能为空 ## 必须空一行0 1 ## 分子的 charge 和 spin，中间以空格隔开C 0. 0. 0. ## 分子结构，可以是内坐标，也可以是直角坐标系O 0. 1.22 0.H .94 -.54 0.H -.94 -.54 0. ## 结尾必须空一行

注：chk

文件可以理解为日志文件，包含了比输出文件更多的信息，考虑到过去计算机的磁盘占用，《Exploring

Chemistry with Electronic Structure Methods》第二版示例默认不生成 chk

文件，今天的计算机已经不需要再担心这个问题。

1.2 Gaussian 输出文件结构

Gaussian 的输出文件后缀名是“.out”，下面以示例的“e2_01.out”为例：

1234Default is to use a total of 4 processors: ## 硬件调用信息 4 via shared-memory 1 via LindaEntering Link 1 = E:\G09W\l1.exe PID= 9760.

123456789101112131415161718Cite this work as: ## 引文格式Gaussian 09, Revision D.01,M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J. A. Montgomery, Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, T. Keith, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S. Dapprich, A. D. Daniels, O. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski, and D. J. Fox, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2013.

1234567891011******************************************Gaussian 09: IA32W-G09RevD.01 24-Apr-2013 ## Gaussian 版本 10-Feb-2021 ## 计算时间******************************************%chk=e2_01 ## 输入文件信息 Default route: MaxDisk=2GB-----------------------# RHF/6-31G(d) Pop=Full-----------------------...

12345678910 Input orientation: ## 输入的分子坐标---------------------------------------------------------------------Center Atomic Atomic Coordinates (Angstroms)Number Number Type X Y Z--------------------------------------------------------------------- 1 6 0 0.000000 0.000000 0.000000 2 8 0 0.000000 1.220000 0.000000 3 1 0 0.940000 -0.540000 0.000000 4 1 0 -0.940000 -0.540000 0.000000---------------------------------------------------------------------

1234567891011121314151617 Framework group C2V[C2(CO),SGV(H2)] ## 分子所属的点群 Deg. of freedom 3 Full point group C2V NOp 4 Largest Abelian subgroup C2V NOp 4 Largest concise Abelian subgroup C2 NOp 2 Standard orientation: ## 转换成的标准坐标 --------------------------------------------------------------------- Center Atomic Atomic Coordinates (Angstroms) Number Number Type X Y Z --------------------------------------------------------------------- 1 6 0 0.000000 0.000000 -0.542500 2 8 0 0.000000 0.000000 0.677500 3 1 0 0.000000 0.940000 -1.082500 4 1 0 0.000000 -0.940000 -1.082500 ---------------------------------------------------------------------...

12SCF Done: E(RHF) = -113.863703683 A.U. after 11 cycles ## 单点能结果 NFock= 11 Conv=0.40D-08 -V/T= 2.0031

注：Gaussian 中的能量单位是

Hartree，[1]

1 \ Hartree = 627.5095 \ kcal \cdot mol^{-1}

\\= 27.2114 \ eV

\\= 219474.63 \ cm^{-1} \ (vibrational \ freq. \ au)

12345678910111213********************************************************************** Population analysis using the SCF density. ## 布居分析**********************************************************************Orbital symmetries: Occupied (A1) (A1) (A1) (A1) (B2) (A1) (B1) (B2) Virtual (B1) (A1) (B2) (A1) (B1) (A1) (B2) (A1) (A1) (B2) (A1) (B1) (B2) (A1) (A2) (B1) (A1) (B2) (A2) (A1) (A1) (B1) (B2) (A1) (A1) (A1)...

123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142 Molecular Orbital Coefficients: ## 分子轨道能级和系数... 6 7 8 9 10 (A1)--O (B1)--O (B2)--O (B1)--V (A1)--V Eigenvalues -- -0.63916 -0.52290 -0.44043 0.13577 0.24838 1 1 C 1S 0.01957 0.00000 0.00000 0.00000 -0.12210 2 2S -0.06111 0.00000 0.00000 0.00000 0.14892 3 2PX 0.00000 0.32484 0.00000 0.40261 0.00000 4 2PY 0.00000 0.00000 -0.19770 0.00000 0.00000 5 2PZ -0.37609 0.00000 0.00000 0.00000 -0.21094 6 3S 0.03916 0.00000 0.00000 0.00000 1.98075 7 3PX 0.00000 0.21194 0.00000 0.71157 0.00000 8 3PY 0.00000 0.00000 -0.04436 0.00000 0.00000 9 3PZ -0.08877 0.00000 0.00000 0.00000 -0.74992 10 4XX 0.00548 0.00000 0.00000 0.00000 -0.00273 11 4YY 0.02730 0.00000 0.00000 0.00000 -0.01265 12 4ZZ -0.01928 0.00000 0.00000 0.00000 -0.00457 13 4XY 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 14 4XZ 0.00000 0.03560 0.00000 -0.03288 0.00000 15 4YZ 0.00000 0.00000 0.06037 0.00000 0.00000 16 2 O 1S -0.06975 0.00000 0.00000 0.00000 -0.00101 17 2S 0.15375 0.00000 0.00000 0.00000 -0.01033 18 2PX 0.00000 0.49070 0.00000 -0.38114 0.00000 19 2PY 0.00000 0.00000 0.56595 0.00000 0.00000 20 2PZ 0.50921 0.00000 0.00000 0.00000 0.05330 21 3S 0.32427 0.00000 0.00000 0.00000 0.10056 22 3PX 0.00000 0.35378 0.00000 -0.52769 0.00000 23 3PY 0.00000 0.00000 0.44356 0.00000 0.00000 24 3PZ 0.28713 0.00000 0.00000 0.00000 0.05062 25 4XX 0.00484 0.00000 0.00000 0.00000 0.00129 26 4YY 0.00743 0.00000 0.00000 0.00000 -0.01009 27 4ZZ -0.03499 0.00000 0.00000 0.00000 -0.00050 28 4XY 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 29 4XZ 0.00000 -0.04165 0.00000 0.00355 0.00000 30 4YZ 0.00000 0.00000 -0.01932 0.00000 0.00000 31 3 H 1S 0.09090 0.00000 -0.18058 0.00000 -0.04750 32 2S 0.07400 0.00000 -0.22518 0.00000 -1.47347 33 4 H 1S 0.09090 0.00000 0.18058 0.00000 -0.04750 34 2S 0.07400 0.00000 0.22518 0.00000 -1.47347 ...

注：在 Route Section 添加 pop=full

才会在结果中输出完整的分子轨道，这里截取的是一部分分子轨道的信息，(A1)--O

中的“O”表示占据轨道，(B1)--V

中的“V”表示未占据轨道，通过比较

Eigenvalues 可以找到

HOMO/LUMO，纵坐标表示各分子轨道的成分，

1234567 Mulliken charges: ## Mulliken 电荷分布 1 1 C 0.129335 2 O -0.440414 3 H 0.155539 4 H 0.155539Sum of Mulliken charges = 0.00000

12Dipole moment (field-independent basis, Debye): ## 偶极矩 X= 0.0000 Y= 0.0000 Z= -2.8449 Tot= 2.8449

12345REPARTEE - WHAT YOU THINK OF AFTER YOU BECOME A DEPARTEE. ## Gaussian 结果中会随机输出一句名人名言Job cpu time: 0 days 0 hours 0 minutes 2.0 seconds. ## Job 耗时File lengths (MBytes): RWF= 5 Int= 0 D2E= 0 Chk= 1 Scr= 1Normal termination of Gaussian 09 at Wed Feb 10 09:35:46 2021. ## Job 正常结束会输出“Normal termination”

1.3 使用 GaussView

查看输出结果

请访问 Gaussian &

GaussView Tutorial Videos，可以找到 GaussView 中英文的基础教程。

2 Gaussian 实操

2.1 单点能的计算

单点能计算是预测给定结构的分子的能量和相关性质。一般该点应是势能面上的不动点，有时也可以是为确定势能面的特征进行的势能面的扫描而进行单点能的计算，可以用这能量绘出势能面的轮廓图。

单点能计算是所有计算的第一步， Route Section 的关键词是

sp，也可以什么都不写，如：

1# b3lyp/6-31G(d) sp

或者：

1# b3lyp/6-31G(d)

这两种写法都是可以的。示例和输出文件分析可以参考上一章。

2.2 分子轨道和布居分析

分子轨道和布居分析能够提供分子轨道和电荷分布的信息，分析 HOMO/LUMO

的情况。Route Section 的关键词是 pop=X，

Pop=X X=NONE no orbital information displayed X=REG HOMO-5 up to

LUMO+5 orbital information displayed X=FULL all orbitals information

displayed X=NBO Mulliken analysis is replaced by Natural Bond-Order

analysis X=MK, CHELP, OR CHELPG produce charges fit to electrostatic

potential (ESP)

在需要分析分子轨道时推荐使用

pop=full，输出完整分子轨道：

1234567891011%chk=e2_01# RHF/6-31G(d) pop=fullFormaldehyde Single Point Energy0 1C 0. 0. 0.O 0. 1.22 0.H .94 -.54 0.H -.94 -.54 0.

下面来看一下输出文件：

这里截取的是一部分分子轨道的信息，(A1)--O

中的“O”表示占据轨道，(B1)--V

中的“V”表示未占据轨道，通过比较

Eigenvalues 可以找到

HOMO/LUMO，纵坐标表示各分子轨道的成分。

1234567 Mulliken charges: ## Mulliken 电荷分布 1 1 C 0.129335 2 O -0.440414 3 H 0.155539 4 H 0.155539Sum of Mulliken charges = 0.00000

当然，这个分子轨道和电荷分布也可以用 Gaussview 来显示。

2.3 构型优化

构型优化是计算分子能量最小构象的过程，具体的实现原理可以参考前面写的《DFT

浅入浅出》一文。需要说明的是，构型优化只能找到势能面上的极小点，而不是全局的最小点，因此初始构象对优化结果可能会产生影响。一个好的建议是，先使用半经验或较小的基组对分子进行预优化，再换用高精度的方法优化构型。

构型优化 Route Section 的关键词是 opt，如：

1# b3lyp/6-31G(d) opt

下面继续以甲醛分子为例，进行构型优化。

1234567891011%chk=form_opt# b3lyp/6-31G(d) optFormaldehyde Opt0 1C 0. 0. 0.O 0. 1.22 0.H .94 -.54 0.H -.94 -.54 0.

Job 结束后，打开 .out 输出文件，检索“Maximum Force”字段，可以看到 4

个 Converged?

，这是在判断优化的构型是否满足设定的要求。如果有一个“NO”，则以此时的结构为基础再进行优化，每优化结果都进行以此判断。继续搜索可以发现

Value 在不断缩小，直到找到 4 个“YES”，Value <

Threshold，即表示此结构优化完成，我们需要的结构在四个“YES”上面。

12345678910111213 Item Value Threshold Converged? Maximum Force 0.014805 0.000450 NO RMS Force 0.010422 0.000300 NO Maximum Displacement 0.040615 0.001800 NO RMS Displacement 0.025747 0.001200 NO ... Item Value Threshold Converged? Maximum Force 0.000157 0.000450 YES RMS Force 0.000094 0.000300 YES Maximum Displacement 0.000709 0.001800 YES RMS Displacement 0.000509 0.001200 YES

注：在 Linux 中可以使用

grep Converged? your_outfile.out -A4

命令查看几何优化收敛情况；grep Converged? your_outfile.out -c

统计优化次数。

2.4 频率分析

构型优化结束后，一般还需要对优化后的构型进行频率分析，通过虚频判断构型优化是否合理。频率分析可以确定势能面上的不动点的性质，对极小点，所有振动频率均应为正值，对鞍点，只能有一个虚频率（频率为负值）。此外，频率分析还能提供包括

IR、Raman 光谱在内的其它的一些物理信息。

2.4.1 虚频消除

频率分析 Route Section 的关键词是

freq，下面以苯胺分子为例，进行构型优化和频率分析并消除虚频：

123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536%chk=Aniline.chk# b3lyp/6-31g(d) opt freqAniline Freq0 1 C 0.94120000 1.44630000 -0.38240000 C 1.47590000 0.20170000 -0.04990000 C 0.62750000 -0.86850000 0.23390000 C -0.75550000 -0.69400000 0.18530000 C -1.29020000 0.55060000 -0.14710000 C -0.44180000 1.62080000 -0.43100000 N -1.52550000 -1.66540000 0.44290000 H 1.61020000 2.29020000 -0.60630000 H 2.56660000 0.06410000 -0.01150000 H 1.04910000 -1.85010000 0.49610000 H -2.38090000 0.68820000 -0.18530000 H -0.86340000 2.60230000 -0.69320000 H -2.56660000 -1.53410000 0.40640000 H -1.12300000 -2.60230000 0.69320000 1 2 1.0 6 2.0 8 1.0 2 3 2.0 9 1.0 3 4 1.0 10 1.0 4 5 2.0 7 1.0 5 6 1.0 11 1.0 6 12 1.0 7 13 1.0 14 1.0 8 9 10 11 12 13 14

Gaussian 运行结束后，在 GaussView 中打开 “.out”文件，依次点击“Results

> Vibrations... ”，在 “Display Vibrations”

窗口中可以发现一个虚频（-471.53）：

Fig. 2.4.1 Display Vibrations 窗口

选中需要显示的振动，这里选择了虚频所在的振动，点击“Start

Animation”，GaussView 的显示窗口中会展示频率的振动：

Fig. 2.4.2 氨基氢的振动

从动画中可以发现，是氨基上的两个氢造成了虚频。消除虚频的办法，首先需要勾选“Manual

Displacement”，输入一个数值（-1 ~

1），表示振动的比例，这里输入“0.1”，

Fig. 2.4.3 手动调整分子构象

可以在显示窗口观察到氨基氢已经偏离了苯环平面（图片中的效果

Displacement Value = 0.5）。

Fig. 2.4.4 调整后的苯胺构型

接着回到 Display Vibrations 窗口，点击 Manual Displacement

最右边的“Save

Structure...”，会弹出一个调整后的分子结构的窗口，保存这个文件，并以这个构型为基础，重新进行构型优化和频率分析。

Fig. 2.4.5 重新优化的苯胺构型虚频已经消除

从上图可以看到，虚频已经消除。

2.4.2 IR 谱图分析

频率分析还能够提供 IR 谱图信息，以 2.4.1

中的重新优化的苯胺分子输出文件为例，使用 GaussView 打开 .out

文件，依次点击“Results > Vibrations... ”，在 Display Vibrations

窗口点击下方的“Spectrum”，会弹出振动图谱窗口，

Fig. 2.4.6 Vibrations Spectra 窗口

在红外图谱上点击右键，点击“Properties...”，对红外图谱进行调整，

Fig. 2.4.7 右键菜单

弹出“Plot Properties”窗口，按需设置，

Fig. 2.4.8 Plot Properties 窗口

调整后红外图谱如下图所示。

Fig. 2.4.9 调整后的红外图谱

但事实上，理论计算的振动频率与实验值仍然存在较大的误差，一般采用校正因子进行消除。针对不用的计算方法和基组，有不同的校正因子，详细可以参考

http://bbs.keinsci.com/thread-3805-1-1.html。

2.4.3 Raman 和 VCD 谱图分析

Raman 图谱与 IR 类似，只是除 HF 外，默认不计算 Raman

图谱。需要在输入文件进行指定。对于Raman 光谱，

1# b3lyp/6-31g(d) opt freq=raman

默认不计算 VCD 图谱，预测 VCD 图谱同样需要指定。

1# b3lyp/6-31g(d) opt freq=VCD

2.4.4 Thermochemistry 分析

在进行频率分析时，Gaussian 的输出文件同时也给出了 Thermochemistry

的结果，

1234567891011-------------------- Thermochemistry --------------------Temperature 298.150 Kelvin. Pressure 1.00000 Atm....Sum of electronic and zero-point Energies= -287.484373Sum of electronic and thermal Energies= -287.478589Sum of electronic and thermal Enthalpies= -287.477645Sum of electronic and thermal Free Energies= -287.513525

可以看到，默认条件是 298.150 K，1 个标准大气压。如果计算不同温度下的

Thermochemistry 值，需要在输入文件中指定，单位分别是 K 和 1

atmosphere。

1# b3lyp/6-31g(d) opt freq Temperature=300 Pressure=1.5

对这部分有兴趣可以参考 https://gaussian.com/thermo。

2.5 NMR 预测

Gaussian 预测

NMR首先要对分子进行构型优化，再对优化后的构型进行预测。使用

--Link1-- 可以将计算两个任务合并，下面以苯分子为例，

1234567891011121314151617181920212223242526%Chk=benzene#T B3LYP/6-31G(d) Opt FreqBenzene Opt & NMR 0,1CC,1,CCC,1,CC,2,120.C,2,CC,1,120.,3,0.C,3,CC,1,120.,2,0.C,4,CC,2,120.,1,0.H,1,CH,2,120.,4,180.H,2,CH,1,120.,7,0.H,3,CH,1,120.,7,0.H,4,CH,2,120.,8,0.H,5,CH,3,120.,9,0.H,6,CH,4,120.,10,0. CC=1.38617CH=1.07561--Link1--%Chk=benzene# HF/6-311+G(2d,p) NMR Geom=AllCheck Guess=Read

输入文件的第一部分是对苯分子结构进行优化，从--Link1--

开始，是 NMR 计算部分，其Route Section 关键词为 NMR。

1234--Link1--%Chk=benzene ## 读取上一步的 chk 文件，因此第一步必须生成 chk 文件# HF/6-311+G(2d,p) NMR Geom=AllCheck Guess=Read ## 使用 HF/6-311+G(2d,p) 进行 NMR 计算 ## Geom=AllCheck 和 Guess=Read 可以参考 Gaussian 的介绍，保留格式即可

获得输出结果后，同样需要检查虚频。但是 .out 文件已经成为了 NMR

的输出文件，GaussView 5 无法直接读取 Vibrations 数据，需要通过编辑器打开

.out 文件手动检查，

123456789101112131415161718192021222324 Harmonic frequencies (cm**-1), IR intensities (KM/Mole), Raman scattering activities (A**4/AMU), depolarization ratios for plane and unpolarized incident light, reduced masses (AMU), force constants (mDyne/A), and normal coordinates: 1 2 3 E2U E2U E2G Frequencies -- 415.5139 415.5139 621.8366 Red. masses -- 2.9693 2.9693 6.0828 Frc consts -- 0.3021 0.3021 1.3858 IR Inten -- 0.0000 0.0000 0.0000 Atom AN X Y Z X Y Z X Y Z 1 6 0.00 0.00 -0.14 0.00 0.00 0.20 -0.02 0.36 0.00 2 6 0.00 0.00 0.24 0.00 0.00 0.02 -0.25 0.00 0.00 3 6 0.00 0.00 -0.11 0.00 0.00 -0.22 0.19 0.06 0.00 4 6 0.00 0.00 -0.11 0.00 0.00 -0.22 -0.19 -0.06 0.00 5 6 0.00 0.00 0.24 0.00 0.00 0.02 0.25 0.00 0.00 6 6 0.00 0.00 -0.14 0.00 0.00 0.20 0.02 -0.36 0.00 7 1 0.00 0.00 -0.29 0.00 0.00 0.43 0.03 0.36 0.00 8 1 0.00 0.00 0.52 0.00 0.00 0.04 -0.10 -0.26 0.00 9 1 0.00 0.00 -0.23 0.00 0.00 -0.47 0.01 -0.25 0.00 10 1 0.00 0.00 -0.23 0.00 0.00 -0.47 -0.01 0.25 0.00 11 1 0.00 0.00 0.52 0.00 0.00 0.04 0.10 0.26 0.00 12 1 0.00 0.00 -0.29 0.00 0.00 0.43 -0.03 -0.36 0.00...

每个“Frequencies”都需要检查。

注：GaussView 6 可以直接同时读取"Opt+Freq"和"NMR"计算的数据。

用 GaussView 打开 .out 输出文件，依次点击“Results... >

NMR...”，

Fig. 2.5.1 NMR

如上图，Element: H/C

设置氢谱和碳谱，Reference: 设置 TMS

参考，需要选择与前面计算 NMR

相同的方法和基组。如果默认设置里面没有相关的方法和基组，则需要自己计算

TMS。

2.6 UV/Vis 预测

激发态的计算涉及到含时微扰（Time-dependent），与基态的计算相似，构型优化后，使用

TD 关键词计算。下面以第三版中“e8_06_gs.out”为例。

1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162%chk=e8_06_gs# opt freq apfd/6-311+g(2d,p) geom=connectivity int=(ultrafine,acc2e=12)p-(dimethylamino)-benzonitrile ground state gas-phase optimization0 1 N -0.04101341 2.28408831 0.00000000 C -0.02177167 0.91831518 0.00000000 C 0.02336490 3.01083873 1.24505177 C 0.02336490 3.01083873 -1.24505177 C -0.01240990 0.18624041 1.20656105 C -0.01240990 0.18624041 -1.20656105 H -0.01204696 4.07826791 1.03677119 H -0.82469723 2.76995589 1.89489375 H 0.94871081 2.80294502 1.79639727 H -0.01204696 4.07826791 -1.03677119 H 0.94871081 2.80294502 -1.79639727 H -0.82469723 2.76995589 -1.89489375 C -0.00416976 -1.19229071 1.20143517 C -0.00416976 -1.19229071 -1.20143517 H -0.01086478 0.69917093 2.15922890 H -0.01086478 0.69917093 -2.15922890 C -0.00122206 -1.90542362 0.00000000 H 0.00200625 -1.73299624 2.14146609 H 0.00200625 -1.73299624 -2.14146609 C 0.00836716 -3.32900547 0.00000000 N 0.01597995 -4.48349542 0.00000000 1 2 1.5 3 1.0 4 1.0 2 5 1.5 6 1.5 3 7 1.0 8 1.0 9 1.0 4 10 1.0 11 1.0 12 1.0 5 13 2.0 15 1.0 6 14 2.0 16 1.0 7 8 9 10 11 12 13 17 1.5 18 1.0 14 17 1.5 19 1.0 15 16 17 20 1.5 18 19 20 21 3.0 21--link1--%OldChk=e8_06_gs%Chk=e8_06_xs# td(nstates=5) apfd/6-311+G(2d,p) geom=check guess=read int=(ultrafine,acc2e=12)p-(dimethylamino)-benzonitrile vertical excited states (gas-phase)0 1

先来看一下构型优化的 Route Section，

1# opt freq apfd/6-311+g(2d,p) geom=connectivity int=(ultrafine,acc2e=12)

前部分使用 apfd/6-311+g(2d,p)

对分子进行构型优化和频率分析；geom=connectivity

是指明原子连接的方式（化学键等），使用 GaussView

绘制分子并生成“.gjf”输入文件会默认添加；int=(ultrafine,acc2e=12)

涉及到计算的精度，详细了解可以参考 https://gaussian.com/integral/

，在 Gaussian 09 中默认值是 int=(fine,acc2e=10)，Gaussian

16 默认值已经改成

int=(ultrafine,acc2e=12)，可以不写，书中示例使用的是

Gaussian 09，所以作者进行了指定。

再来看一下激发态计算的部分，

1234567891011--link1-- ## 同一输入文件写多个任务%OldChk=e8_06_gs ## 调用构型优化后的 chk%Chk=e8_06_xs ## 生成新激发态计算的 chk，不覆盖输入文件# td(nstates=5) apfd/6-311+G(2d,p) geom=check guess=read int=(ultrafine,acc2e=12)p-(dimethylamino)-benzonitrile vertical excited states (gas-phase)0 1

td(nstates=5) 中 td

是计算激发态的关键词，括号中是 td 的参数，包括：

nstates=N 表示计算到第 N 激发态，默认值是 3；

root=N 表示使用第 N 激发态来预测性质，默认值是 1；

Triplets 三重激发态选项。

附录

附1 基组重叠误差（BSSE）

计算分子间相互作用时，一般可分别计算聚合物的能量以及每个单分子的能量，再求相互作用能：

\Delta E=E_{AB}-(E_{A}+E_{B}),

但是在实际计算中，EA 和

EB 分别是通过

m 和 n

个波函数来描述的，而 EAB 是通过

(m + n)

个波函数来描述，波函数越适宜其越接近真实体系，能量也就越低。正是由于描述聚合物和各分子基组不同，而引入了误差，这个现象就是

BSSE（Basis Set Superposition

Error）。

对于化学反应来讲，化学反应能比较大，所以 BSSE

并不明显；而在研究分子间弱相互作用力时，则必须要考虑基组重叠误差的影响。估算

BSSE

的一个方法就是对聚合物和单分子全部使用相同的基函数，从而计算出扣除了

BSSE 的结合能。

以 HBr 和 HF 混合体系为例，[2]输入文件如下：

12345678910# B3LYP/LANL2DZ Counterpoise=2 NoSymm Opt HBr + HF, optimization with counterpoise correction using ECP basis0 1 0 1 0 1H(Fragment=1) 0.00000000 0.00000000 0.58022808 Br(Fragment=1) 0.00000000 0.00000000 -0.83659185F(Fragment=2) 0.00000000 0.00000000 2.77788358H(Fragment=2) 0.00000000 0.00000000 3.69953441

解析：

12345678910# B3LYP/LANL2DZ Counterpoise=2 NoSymm Opt ## Counterpoise=N，N 表示几分子体系HBr + HF, optimization with counterpoise correction using ECP basis0 1 0 1 0 1 ## 依次是聚合物电荷、聚合物自旋多重度、分子 1 电荷、分子 1 自旋多重度、分子 2 电荷、分子 2 自旋多重度H(Fragment=1) 0.00000000 0.00000000 0.58022808 ## Fragment=1 表示是分子1的原子Br(Fragment=1) 0.00000000 0.00000000 -0.83659185F(Fragment=2) 0.00000000 0.00000000 2.77788358 ## Fragment=1 表示是分子1的原子H(Fragment=2) 0.00000000 0.00000000 3.69953441

从输出文件中可以找到：

12345Counterpoise corrected energy = -114.205331718236 BSSE energy = 0.000770265286 sum of monomers = -114.200971733922 complexation energy = -3.22 kcal/mole (raw) complexation energy = -2.74 kcal/mole (corrected)

其中 BSSE energy 就是我们的计算结果。

附2 Gaussian 09/16 差异

Gaussian 09 与 Gaussian

16在一些默认参数上稍有不同，为避免不同软件版本带来的差异，建议在输入文件中手动指定这些参数。

Calculation Defaults

The following calculation defaults are different in Gaussian 16:

Integral accuracy is 10-12 rather than 10-10 in Gaussian 09.

The default DFT grid for general use is UltraFine rather than

FineGrid in G09; the default grid for CPHF is SG1 rather than

CoarseGrid. See the discussion of the Integral keyword for

details.

SCRF defaults to the symmetric form of IEFPCM [Lipparini10] (not

present in Gaussian 09) rather than the non-symmetric version.

Physical constants use the 2010 values rather than the 2006 values

in Gaussian 09.

The first two items were changed to ensure accuracy in several new

calculation types (e.g., TD-DFT frequencies, anharmonic ROA). For these

reasons, Integral=(UltraFine,Acc2E=12) was made the default. Using these

settings generally improve the reliability of calculations involving

numerical integration, e.g., DFT optimizations in solution. There is a

modest increase in the CPU requirements for these options compared to

the Gaussian 09 defaults of Integral=(FineGrid,Acc2E=10).

The G09Defaults keyword sets

all four of these defaults back to the Gaussian 09 values. It is

provided for compatibility with previous calculations, but the new

defaults are strongly recommended for new studies.

Default Memory Use

Gaussian 16 defaults memory usage to %Mem=100MW (800MB).

TD-DFT Frequencies

TDDFT frequency calculations compute second derivatives analytically

by default, since these are much faster than the numerical derivatives

(the only choice in Gaussian 09).

来自：https://hpc.chem.wisc.edu/software/kestrel-software/gaussian/

参考文献

[1] https://gaussian.com/constants/

[2] https://gaussian.com/counterpoise/

更新说明

2024-04-23

考虑到 Markdown

语法默认段落之间空一行，因此删除原文中所有首行缩进；

替换了 1.3 使用 GaussView

查看输出结果章节中的链接，原链接已失效；

修改了部分格式错误。

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