大分子電子相關方法及在化學反應中的套用

《大分子電子相關方法及在化學反應中的套用》是依託南京大學，由李偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：大分子電子相關方法及在化學反應中的套用
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李偉
• 依託單位：南京大學

項目摘要

本項目致力於發展用於大分子精確計算的電子相關方法- - 分子中的簇(CIM)方法，並將其套用於化學反應機理的研究。CIM的基本思想是在局域軌道表象下，把大分子的電子相關計算，分解為若干子體系的計算。針對大分子體系的化學反應研究，我們將發展基於Restricted Open-shell Hartree-Fock (ROHF)或Unestricted Hartree-Fock(UHF)的開殼層CIM方法，用於反應自由基中間體的二級多體微擾(MP2)和耦合簇(CC)計算；還將把CIM方法在閉殼層MP2水平上推廣到解析能量梯度的計算，以用於大分子幾何構型的最佳化；進一步採用對不同區域使用不同水平計算方法的多層CIM方法，研究酶反應的能壘和催化機理。我們期望該方法可以媲美量子力學/分子力學(QM/MM)組合方法，能夠廣泛套用於酶等生物大分子的全量子研究。

結題摘要

在本項目中，我們在前期工作的基礎上，進一步發展改進了兩種線性標度的量子化學方法，包括推廣的基於能量的分塊（GEBF）方法和基於局域軌道的分子中的簇（CIM）方法，並取得了一些顯著進展：(1) 在GEBF方法框架下，將該方法與顯式相關F12方法相結合，分別在MP2和耦合簇CCSD(T)水平上實現了大分子簇在基組極限下的精確計算，並結合多層次模型，計算了含幾千個原子的超大分子簇。此外，還改進了GEBF梯度的計算精度，並用於生物大分子的超快從頭算動力學模擬；(2) 在CIM方法框架下，通過引入中程電子相關、改進分子簇及虛軌道的構建等，使得該方法能夠用於多種基組下的相對能量計算，精度和速度都比以前大大提高。改進的CIM方法適用於生物體系和金屬氧化物在多種基組下的計算，其中後者目前難以使用GEBF處理。(3) 基於以上兩種方法的發展，進一步完善了具有自主智慧財產權的量子化學程式 (Low Scaling Quantum Chemistry, 簡稱LSQC)。本項目的研究成果共發表論文9篇，其中項目負責人通訊作者或第一作者論文5篇，主要發表在國際重要期刊上，如J. Chem. Theory Comput.，J. Chem. Phys.，Phys. Chem. Chem. Phys.。項目負責人在國內或國際重要學術會議上作邀請或口頭報告4次，並獲得2014年中國化學會唐敖慶青年理論化學獎。