专题一 ：“Gaussian量子化学计算技术与应用”

课 程内 容一、理论计算化学理论及相关程序入门1 理论计算化学简介1.1 理论计算化学概述1.2 HF理论及后HF方法(高精度量化方法)1.3 密度泛函理论和方法1.4 不同理论计算方法的优缺点及初步选择1.5 基组及如何初步选择基组2 Gaussian安装及GaussView安装及基本操作2.1 Gaussian安装及设置（Win版和Linux版）2.2 GaussView安装及设置2.3 GaussView使用及结构构建3 Linux、Vi编辑器等及Gaussian基本介绍3.1 学习Linux基本命令及Vi编辑器3.2 详细认识输入文件和输出文件（Win和Linux）3.3 构建Gaussian输入文件并提交任务

二、Gaussian专题操作及计算实例

4 Gaussian专题操作Ⅰ：（均含操作实例）4.1 结构几何优化及稳定性初判4.2 单点能（能量）的计算及如何取值4.3 开壳层与闭壳层计算4.4 频率计算及振动分析(Freq)4.5 原子受力计算及分析（Force）4.6 溶剂模型设置及计算（Solvent）5 Gaussian专题操作Ⅱ： （均含操作实例）5.1 分子轨道、轨道能级计算及查看5.2 HOMO/LUMO图的绘制5.3 布居数分析、偶极矩等计算及查看5.4 电子密度、静电势计算及绘制（SCF、ESP）5.5 自然键轨道分析（NBO）

三、Gaussian进阶操作及计算实例

6 Gaussian进阶操作I：势能面相关（均含操作实例）6.1 势能面扫描 (PES)6.2 过渡态搜索（TS和QTS）6.3 反应路径IRC等6.4 反应能垒：熵，焓，自由能等7 Gaussian进阶操作II：——各类光谱计算及绘制（均含操作实例）7.1 紫外吸收，荧光和磷光7.2 红外光谱IR7.3 拉曼光谱RAMAN7.4 核磁共振谱NMR7.5 电子/振动圆二色谱（ECD/VCD）7.6 外加电场与磁场(Field)8 Gaussian进阶操作III：——激发态专题8.1 垂直激发能与绝热激发能8.2 垂直电离能与电子亲和能8.3 重整化能（重组能）8.4 激发态势能面8.5 激发态能量转移（EET）8.6 自然跃迁轨道（NTO）8.7 激发态计算方法讨论9 Gaussian进阶操作IV：——高精度和多尺度计算方法

9.1 多参考态(CASSCF)方法及操作9.2 背景电荷法9.3 ONIOM方法与QM/MM方法及操作9.4 结合能（Binding Energy）和相互作用能（包含BSSE修正，色散修正等）9.5 非平衡溶剂效应及其修正

四、 Gaussian计算专题与实践应用

10 Gaussian综合专题I：Gaussian报错及其解决方案

10.1 如何查看报错及解决Gaussian常见报错10.2 专项：SCF不收敛解决方案10.3 专项：几何优化不收敛（势能面扫描不收敛）解决方案10.4 专项：消除虚频等解决方案10.5 专项：波函数稳定性解决方案11 Gaussian综合专题II：常用密度泛函和基组分类、特点及选择问题11.1 Jacobi之梯下的交换相关能量泛函11.2 常见交换相关泛函优缺点及用法11.3 长程修正泛函、色散修正泛函等11.4 常见基组特点及用法选择 （自定义基组等，基组重叠误差等）12 Gaussian文献I: 聚集诱导荧光（AIE）和激发态分子内质子转移（ESIPT）12.1 聚集诱导荧光(AIE)与聚集诱导猝灭（ACQ）12.2 激发态质子转移ESIPT12.3 晶体结构及分子建模12.4 QM/MM与ONIOM计算12.5 重整化能，圆锥交叉及质子转移(文献：Dyes and Pigments Volume 204, August 2022, 110396 )13 Gaussian文献专题II: 热激活延迟荧光(TADF)13.1 热激活延迟荧光TADF机理13.2 分子内能量转移Jablonski图13.3 旋轨耦合与各类激发能13.4 辐射速率、非辐射速率、（反）系间穿越等13.5 评估荧光效率（文献：ACS Materials Lett. 2022, 4, 3, 487–496 ）14 其他量化软件简介及总结Molcas/Molpro, Q-chem, lammps, Momap, ADF, Gromacs等

专题二：“LAMMPS分子动力学模拟技术与应用”

课 程内 容第一天 上午LAMMPS基础入门1 LAMMPS的基础入门——初识LAMMPS是什么？能干什么？怎么用？1.1 LAMMPS在win10和ubuntu系统的安装及使用1.2 in文件结构格式1.3 in文件基本语法：结合实例，讲解in文件常用命令1.4 data文件格式1.5 LAMMPS常见错误解决途径:实例操作：运行并理解跟自己科研方向相近的例子。第一天 下午LAMMPS进阶（石墨烯、金属材料模拟专题）

2 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率: 

实例操作：2.1 把剪切模型转换成拉伸模型2.2 lattice命令石墨烯、金属、合金、高熵合金不同形状模型2.3 石墨烯(不同力场)、金属、合金、高熵合金等拉伸剪切力学性质模拟第二天 上午LAMMPS进阶（纳米流体模拟专题）

3 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率: 实例操作：3.1 把二维couette和poiseuille流动扩展成三维模型3.2 建立三维管道内的poiseuille流动3.3 进行石墨烯通道内的Couette流动和Poiseuille流动模拟3.4 调节通道表面电荷性质、亲疏水性质，分析其对流动性质的影响3.5 学习使用packmol，建立复杂混合溶液体系模型3.6 模拟KCl等盐溶液的纳米流体流动第二天 下午LAMMPS进阶（热传导模拟专题）

4 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率实例操作：4.1 理解导热系数意义4.2 掌握lammps计算导热系数的几种方法4.3 碳纳米管等导热系数的模拟计算

第三天 上午LAMMPS进阶（多成分体系模拟专题）

5 LAMMPS进阶实例操作，理解模拟对象的物理意义——从简单例子走向文献模型，举一反三提高学习效率: 实例操作：5.1 金属、合金、高熵合金的摩擦模拟5.2 材料切削模拟5.3 夹层结构(graphene/C60/graphene)在不同粗糙度条件下的摩擦模拟第三天 下午LAMMPS进阶（金属、半导体材料的辐照模拟）

6 离子辐照对石墨烯、金属、碳化硅的离位损伤模拟6.1 建立模拟体系的初始模型6.2 PKA动能、位移随时间变化6.3 点缺陷结构可视化6.4 点缺陷的数量随时间变化6.5 点缺陷的空间分布及演化过程备选内容，根据课堂进度和学员情况VMD、OVITO、msi2lmp等有机小分子建模，模型合并及模拟轨迹文件处理等

第四天 上午LAMMPS高级（自建分子力场参数文件和金属有机框架材料晶体模型）

7 LAMMPS分子力场文件创建及MOFs材料建模7.1 介绍固体材料单晶包试验数据结构，掌握基本的材料几何特征7.2 利用MS软件构建MOFs材料单晶包模型和H2和CO2分子模型7.3 讲解分子作用势能函数，学习编写MS软件中的力场参数文件（off文件）7.4 简单介绍巨正则系综Monte Carlo方法7.5 利用Sorption模块将H2和CO2分子插入到MOFs材料7.6 编写LAMMPS力场文件（frc文件），并通过lammps程序生成data文件7.7 运行能量最小化及体系的预松弛7.8 模拟步骤：包括能量最小化NVT平衡，对研究目标的性质进行长时间轨迹平衡-输出研究所关心的性质。实例操作：金属有机框架（MOFs）储氢和碳捕集模拟，计算密度分布，分子的MSD等性质。第四天 下午LAMMPS高级（分子筛纳米膜分离H2/CO2混合气体模拟）8 研究H2/CO2在ZIF-7膜材料中分离性能——模拟文献Science 346 (6215), 1356-1359的分离过程8.1 利用MS软件构建ZIF-7膜材料单晶包8.2 设计H2/CO2与ZIF-7体系模型8.3 自定义分子力场文件（frc文件），通过lammps程序生成data文件8.4 运行能量最小化及体系的预松弛8.5 模拟步骤：包括能量最小化NVT平衡，对研究目标的性质进行长时间轨迹平衡-输出研究所关心的性质。 

实例操作：VMD中查看可视化的动态轨迹，计算密度分布，分子的MSD等，抽取轨迹的动能、势能、总能量等相关数据，对轨迹进行初步分析。

第五天上午LAMMPS高级（ReaxFF碳氢化合物的燃烧）

9 利用ReaxFF模块研究碳氢化合物的燃烧9.1 ReaxFF反应力场概述9.2 碳氢化合物和氧气分子体系的构建9.3 能量最小化及常温弛豫9.4 升温模拟9.5 高温下氧化过程的模拟9.6 轨迹分析及产物物种分析与可视化实例操作：碳氢化合物燃烧中升温模拟和高温下氧化过程模拟第五天下午LAMMPS高级（ReaxFF化学机械抛光）

10 利用ReaxFF模块研究化学机械抛光10.1 利用 LAMMPS进行复杂体系的建模10.2 能量最小化及预弛豫10.3 施压过程模拟10.4 拉伸过程模拟10.5 采用 OVITO查看动态轨迹以及数据分析等实例操作：化学机械抛光施压过程模拟和拉伸过程模拟