从初始模拟的液态水的结构和动态:将明尼苏达密度函数添加到雅各布梯子中的密度函数
Justin Villard1, Martin P Bircher2, Ursula Rothlisberger1
1Laboratory of Computational Chemistry and Biochemistry, Institute of Chemical Sciences and Engineering, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Lausanne CH-1015 Switzerland ursula.roethlisberger@epfl.ch.
精确的水模拟需要先进的密度函数理论 (DFT) 方法. 新明尼苏达州的功能数据显示出不同的结果,其中M06-2X(-D3) 为描述水的结构和动态提供了最佳性能.
科学领域:
- 计算化学计算化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 物理化学 物理化学
背景情况:
- 精确模拟液态水的结构和动态特性对于理解其作为溶剂的行为至关重要.
- 密度函数理论 (DFT) 是此类模拟的主要工具,但功能选择对结果产生重大影响.
- 以前的研究表明,局部和半局部功能可能会对水进行重构,而混合功能则提供了改进.
研究的目的:
- 为了评估最近明尼苏达州功能性在描述液态水的结构和动态特性使用ab initio分子动态的性能.
- 在当前DFT知识中对环境条件下散装水的发现进行上下文化,并与实验数据进行比较.
- 确定准确的水模型的关键组件,如精确的交换和非局部相关性.
主要方法:
- 一开始的分子动力学模拟.
- 评估明尼苏达州的功能性 (M06-L,revM06-L,M11-L,MN12-L,MN15-L,M06,M08-HX,M08-SO,M11,MN12-SX,MN15,M06-HF,M06-2X) 的情况.
- 将模拟结果与实验数据和之前的研究进行比较,包括考虑核量子效应 (NQE) 的研究.
主要成果:
- 与预期相反,M06-L,revM06-L和M11-L的基础结构是水,而MN12-L和MN15-L由于凝聚力效应较弱,导致过度距离.
- 大多数混合的明尼苏达功能体也构建了水的基础,但与半局部对应物相比,它们表现出更好的动态;精确的交换对于键至关重要.
- M06-2X,特别是其D3校正的变体,在明尼苏达州的水功能中表现最好,显示出良好的结构一致性.
结论:
- 精确的水模型需要精确交换和非局部相关性的平衡,这表明在雅各伯的梯子上需要更高的梯子.
- M06-2X(-D3) 函数显示有望改进水的实验性质的复制,特别是当NQE通过路径积分方法被纳入时.
- 这项研究强调了为可靠模拟水系统和复杂的生物过程而仔细选择DFT函数的重要性.
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