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Gaussian计算笔记

Fri, 03 Jul 2026 00:00:00 GMT

Gaussian View#

Gaussian 计算主线： 建模与预优化 → Opt/Freq → 单点能/溶剂化 → TS/IRC → Multiwfn/VMD 可视化。

chemdraw中导入cas号得分子结构,保存成默认格式到桌面,拖入chem3d,mm2对结构初步优化,保存为mol2/pdb格式文件,把mol2文件拖入gaussian view

对称化(减少计算时间) => Edit symmetrize 调整点群 => Tools选C1orCs…(current point group)

calculate => 第一个(Gaussian Calculation set up) or Ctrl+G

项目	推荐设置
Job type	Opt+Freq 或 Energy（单点能,一定要在结构优化后才能计算,打开结构优化后的 out/log 文件）
Method	DFT；泛函可用 B3LYP
Basis set	6-311++G(d,p)
Link0	Memory limit（计算分配内存）、shared processors（分配核数）、chk File（生成 chk 文件,死机也还在）
General	勾选 Additional Print（迭代信息），不勾 Write connectivity

按Retain 按submit(单点能) => save gjf文件

Ctrl+S将gjf文件保存到D:/Gaussian

在记事本中修改gjf文件:

1
%chk=D:\Gaussian\toluene\toluene.chk
2
%nproc=4 (使用4核cpu)
3
%mem=1000MB (使用多少内存,默认800MB)
4
# M052X/6-31G* SCRF(SMD,read,solvent=generic) (read考虑非极性作用,generic自定义溶剂,常见溶剂直接输即可(完整列表可去gaussian.com/scrf查),SMD隐式溶剂模型,计算溶解自由能必须用M052X这个基组)
5

6
结构优化:
7
#p opt freq b3lyp/6-311+g(d,p) scrf=(read,SMD,solvent=generic)
8

9
or
10
#p opt freq b3lyp/6-311+g(d,p) (气相)

对于自定义溶剂,末尾空一行写:

1
eps=11.5
2
epsinf=2.0449
3
HBondAcidity=0.229
4
HBondBasicity=0.265
5
SurfaceTensionAtInterface=61.24
6
CarbonAromaticity=0.12 (芳香C/重原子数)
7
ElectronegativeHalogenicity=0.24 (卤素/重原子数)

常用计算关键词#

1. 几何优化+频率#

1
# Opt Freq SCRF=(IEFPCM,Solvent=Ethanol),SMD更准

2. 单点能量(算溶剂化能ΔG)#

先跑气相:

1
# B3LYP/6-311++G(d,p) SCRF=No

再跑溶液:

1
# B3LYP/6-311++G(d,p) SCRF=(SMD,Solvent=Water)

a) ΔGsolv ≈ G_solution - G_gas(SMD直接给出G值)

b) 直接用SMD输出 Free Energy of Solvation

3. 过渡态搜索#

1
# Opt=(TS,CalcFC) Freq SCRF=(SMD,Solvent=Water)

4. 读取旧检查点继续计算(节省时间)#

1
# Geom=AllCheck SCRF=(SMD,Solvent=Water,Read)

输出中搜索 “Free Energy of Solvation” 或 “ΔG” 就是溶剂化自由能。

SMD会额外给出非静电贡献(Dispersion, Cavitation等)

计算吉布斯自由能#

方法1: 结构优化及频率计算#

结构优化及频率计算(可直接submit提交,输出log文件,用的基组泛函要是网站里有的,如b3lyp/6-31G(d))
更高精度单点能计算(在log文件基础上submit)
打开单点能.log文件,查找HF复制
记事本打开shermo目录下的ini文件,将HF粘贴到E(高精度能量);温度压力默认
复制结构优化所用的基组泛函的ZPE,矫正系数sciZPE网站: https://comp.chem.umn.edu/freqscale/version3b2.htm
保存 => 双击运行shermo => 把结构优化的.log或.out文件拖入 => 回车
得总能量、Gibbs自由能等(total)

方法2: Gaussian View 直接计算#

将 gjf 拖入 Gaussian View
calculate: opt+freq, DFT, b3lyp/6-311+g(d,p), general 全部不选
submit(gjf)
查看 log 文件中的 sum of...free energies

搜索过渡态#

可先进行固定优化作为初猜结构。

过渡态搜索类型#

TS：只需要给一个过渡态的初猜结构（推荐）

QST2：需要提供反应物和产物的结构

QST3：需要提供反应物、产物和初猜结构

TS 法流程#

先在 Gaussian View 中搭建过渡态初猜结构
断键: 要断的键可以先拉长20%左右; 同理,要成的键也先拉长20%左右
选择键长工具(第一个)
选择对应的2个原子
Bond Type: None
按住 alt,对原子进行移动
选择键长工具,调整 C 和 H 之间的距离(拖动滑块)
calculate => opt+freq, TS(Berny) => DFT, B3LYP, 6-31G(d)
关键词: opt=calcfc,noeigen

calcfc: 为过渡态搜索提供初始的 Hessian 值。

noeigen: 在搜索过程中不进行本征值的检测(搜索过程中不是最终的过渡态)。

保存 => 拖入到 Gaussian 中进行计算 => 结束后查看虚频(Imaginary Freq=1则正确)

也可在gjf文件设置(问AI如何设置,以下是模版)

1
%nproc=4
2
%mem=1000MB
3
#p B3LYP/6-31G(d,p) opt=(ts,calcfc,noeigen) freq EmpiricalDispersion=GD3BJ scrf=(SMD,solvent=ethanol)
4

5
-1(体系总电荷) 1(自旋多重度)

末尾键连关系删掉

IRC计算(判断过渡态找的对不对)#

打开过渡态搜索后的结果 => 保存成 IRC 计算的 gjf 文件 => 记事本打开 gjf,把 opt 和 freq 内容删掉,改为:

1
#p IRC=(calcfc,maxpoints=50,stepsize=5,LQA) b3lyp/6-31g(d,p) empiricaldispersion=gd3bj scrf=(smd,solvent=ethanol)

maxpoints=50: 从过渡态开始往两边最多跑50个点,总共101个点,默认10。

stepsize=5: 减小了步长,该值越小,IRC越准确,曲线越光滑。

LQA: 减小报错概率,默认更高精度的HPC。

保存后提交Gaussian计算 => results,IRC/path查看IRC曲线(第一个点和最后一个点是最接近产物和反应物的结构)

Gaussian 16W#

运行 Gaussian 16W#

将待计算的 gjf 文件拖入 Gaussian 16W。
File Modify 查看刚设定的信息。
点击 run。
将 out 文件保存到 D:/Gaussian。
开始计算,出现 processing complete 表示计算结束。

也可以打开 Gaussian 16W 后走菜单:

1
File new
2
File open

输出文件与收敛判断#

点放大镜或用记事本打开 out 文件查看结果。最后一行出现 Normal 则说明计算正常结束。

MF最大受力 < 0.00045 RMS方均根受力 < 0.00030 MD最大位移 < 0.00180 RMSD方均根位移 < 0.00120

满足上述判据可认为结构收敛(converged)。

查看轨道与静电势#

HOMO/LUMO 轨道#

点开 chk 文件(Gaussian View)。
进入 Results 查看 summary 电子能量、偶极矩、极化率、Bond properties 键的信息等。
右键 edit => MOS。
最低/最高占据分子轨道的数值要乘以 27.2114(原子单位换成电子单位 eV)。
visualize => HOMO、LUMO => update。

静电势图#

1
results
2
surface/contours
3
remove cube/surface
4
new cube/mapped surface
5
type: total density/ESP

导出 fch 并用 Multiwfn 查看轨道#

1
File
2
save Temp Files
3
保存 fch 文件到 D:/Gaussain
4
打开 Multiwfn
5
拖入 fch 文件
6
回车
7
0
8
回车
9
查看分子轨道(HOMO,LUMO)

查看优化过程#

若要在 Gaussian 计算过程中或计算结束后查看具体优化趋势:

打开 Gaussian View。
File => open。
选择 out 文件。
文件 type 选择第二个 gjf...gfrq。
勾选 Read...(Optimization)。
open => view => optimization。

Multiwfn+VMD#

优化后至少有六个文件(要算单点能energy,gjf文件计算)

生成并准备 fch 文件#

打开 Gaussian 16W。
utilities => formchk。
选择计算完后的单点能.chk 文件。
打开并查看已经绘制完成的结果。
关闭后会多出来一个 .fch 文件。
打开 fch 文件查看 HOMO、LUMO 轨道(上 lumo,下 homo)。
复制该 fch 文件。

VMD 渲染轨道图#

把 fch 文件粘贴到 Multiwfn 文件路径中。
修改 showorb.txt 中轨道数值,改成需要计算的 HOMO、LUMO 轨道。
编辑 showorb.bat,文件名字要和 fch 名字一样；VMD 路径要改成自己的路径。
双击该 .bat 文件。
打开 VMD。

常用 VMD 命令与渲染流程:

1
orb 25
2
orbiso 0.02

orb 25: 先看 HOMO/LUMO 同理。

orbiso 0.02: 修改电子云大小,数字越小电子云越大。

渲染步骤:

打开 VMDrender.txt 并全部复制。
粘贴至 VMD 程序。
File => render。
第一个改成 tachyon,第二个不变,第三个删掉 -format...。
start rendering 开始渲染。
双击 VMDrender_full.bat。
渲染完成得到 .bmp 图片。

绘制分子表面静电势#

生成 ESP 文件#

复制优化后的 fch 文件到 Multiwfn 目录。
名字改成 1。
将 ESPiso.bat 等 bat 文件中的 VMD 目录改成自己的。
双击 ESPiso.bat,生成分子的密度文件和表面静电势文件。
双击 ESPext.bat,生成分子结构文件、分子静电势表面顶点文件及分子静电势表面极值文件。
打开 VMD,输入 iso 得静电势表面。
输入 ext 得极值点。

蓝色：负极区域

红色：正极区域

黄色小球：正极局部极值点

青色小球：负形区域局部极值点

后续渲染同上。

静电势图美化#

输入 iso 后设置 display orthographic(视角正交)。
去 Multiwfn 看极大极小值。
在 VMD 中输入:

1
mol scaleminmax 0 1 -0.07 0.04(a.u.)

graphic colors => color scale => RWB。
graphic(第一个)查看等值面材质是 transparent。
graphic materials 中找到 trans。
调整 shiness=0.75 和 opacity=0.43。
ext 显示极值点。
用文本打开 VMD 中的 surfanalysis.pdb(显示1-4,实际0-3极小极大同理)。
点 VMD 的图形窗口激活,按 0 进入查询模式。
点极值点小球正中心得到极值。若显示 index1,则对应 pdb 中为 2。
删掉第一行注释,第二行倒数第二列即为静电势极值,即 C 前面那个,注意单位。
渲染 tachyon 得 bat 文件。

图例(刻度轴)绘制#

用 Multiwfn 找极大极小值。
导入 fch 文件。
输入 12、0,看 the number of surface minima/maxima。
Extensions => Visualization => color scale bar。

绘制 IGMH 分析图#

Gaussian 16W 对两个分子进行结构优化。
打开 fchk 文件,view => labels,确定片段1的原子序号。
把 fchk 文件拷到 Multiwfn 目录下并拖入。
输入 20(弱相互作用的可视化)。
输入 11(IGMH分析)。
输入 2(分子片段个数)。
输入 1-3/4-10(片段1/2的原子序号,例如水分子/甲苯…)。
输入 c(剩余所有原子)。
输入 3(选用高质量格点)。
输入 3(输出 cub 文件)。
输入 2(输出 output.txt,后续散点图)。
把4个 cub 文件剪切到 VMD 目录下,其实就2个有用: dg_inter 和 sl2r。
把 IGM_inter.vmd 脚本中的 Isosurface(等值面)改成 0.00500。
在 VMD 中输入:

1
source IGM_inter.vmd

若要修改等值面大小,打开 graphic representation,其中 Isovalue 越小,等值面越大。

渲染 render 后,把 output.txt 文件复制到 gnuplot/bin 目录下,把 IGMscatter.gnu 拖入 gnuplot.exe,得到散点 ps 文件。

Multiwfn#

绘制定域化轨道指示函数(LOL)#

先生成 1.fchk 或 1.wfn 文件,复制到 Multiwfn 目录下。
打开 Multiwfn,输入 1.wfn。
输入 4(在平面上绘制图形)。
输入 10(LOL)。
输入 1(不投影)或 5(带投影)。
输入 200,200(格点数),或直接回车使用默认值。
选择平面。
输入 0(Z=0,平面)或 0.5(Z轴范围)。
return => -6(txt文件) => 0(图片)。PDF 原始记法: return => -6(txt文件) => 0(图片)。

XY：平面 1

XZ：平面 2

YZ：平面 3

VASP计算笔记

Fri, 03 Jul 2026 00:00:00 GMT

一、VASP结构计算(结构优化opt)#

VASP 计算主线： 结构优化 → 静态自洽 → 非自洽 DOS/能带 → 电荷分析/吸附能/过渡态。

1.准备四个输入文件：POSCAR、INCAR、KPOINTS、POTCAR#

POSCAR结构与晶胞 INCAR计算参数 KPOINTS布里渊区采样 POTCAR赝势文件

(1)POSCAR#

从网站上下载晶体结构的 cif 文件

1. 获取结构从材料数据库或网站下载晶体结构的 cif 文件。

2. VESTA 转换将 cif 拖入 VESTA,选择 File export data 导出 POSCAR。

3. 坐标格式导出时选择 fractional,在 POSCAR 中对应 direct。

4. 写入服务器打开 mobaxterm,用 vim POSCAR 把内容复制进去。

(2)INCAR#

vim INCAR(下面是INCAR文件内容)

i(INSERT输入)

1
# Comments
2
SYSTEM = Catalyst (任务名称,不影响结果)
3

4
# I/O (文件读入读出)
5
ISTART = 0 (0:全新的计算)
6
ICHARG = 2 (0:从初始轨道计算电荷密度;1:读入已有的电荷密度文件,并开始新的自洽计算;2:直接使用原子电荷密度的叠加作为初始密度)
7
LWAVE = .FALSE. (以下四个很大的文件,一般Fasle即可)
8
LCHARG = .FALSE.
9
LVOT = .FALSE.
10
LELF = .FALSE.
11

12
# Electronic Relaxation (电子步/电子弛豫)
13
ENCUT = 600 (平面截断能,越大精度越高,一般取POTCAR里ENMAX的1.25~1.5倍,含氧体系一般设成650)
14
NELM = 100 (电子步的最大迭代次数,一般100步以内就可收敛)
15
ALGO = Fast (自洽循环的算法,有very fast、fast(前半用very fast,后半用normal)、normal;对于其他的泛函,要设置成特定的值)
16
PREC = Accurate (精度,一般accurate即可)
17
ISMEAR = 1 (布里渊区划分,未知体系0,金属体系1/2,非金属体系一般0/负数)
18
SIGMA = 0.05 (展宽,半导体/绝缘体0.05,金属体系0.2)
19
EDIFF = 1E-5 (电子步收敛的精度,1E-5/-6即可)
20
AMIX = 0.1 (对于复杂的表面体系、过度金属等可设A/BMIX,加快收敛)
21
BMIX = 0.01
22

23
# Ionic Relaxation (离子步/离子弛豫,静态计算时全部关闭)
24
IBRION = 2 (离子弛豫/结构优化的算法,-1不更新结构静态计算,0分子动力学MD,2最保险的算法共轭梯度法CG,1准牛顿法初始结构和最终结构相似)
25
NSW = 300 (离子步的最大迭代次数,取决于晶体结构复杂度,一般几百即可,0是静态自洽)
26
EDIFFG = -1E-2 (离子步收敛的精度,不设置时默认是EDIFF的10倍)
27
ISIF = 3 (3全弛豫,2固定体积弛豫,4固定体积形状可变弛豫)
28

29
# Polarization (对含磁性的体系才需要设置,Fe2O3有磁性magnetic)
30
ISPIN = 2 (2自旋极化,DOS分裂为两条独立曲线;1非磁性计算,关闭自旋极化,适于无未配对电子的体系,态密度DOS单一连续曲线)
31
LOSRBIT = .False. (是否考虑非线性磁性,默认不考虑)
32

33
# Parallization (并行设置,以下为推荐设置)
34
LREAL = Auto (决定计算是在实空间/倒空间进行)
35
NPAR = 1 (取cpu数量的根号)
36
LPLANE = .FALSE.

展开收起

esc => :wq(保存并退出)

(3)KPOINTS#

vim KPOINTS (对布里渊区网格的划分,有gamma center/mp两种自动划分方法;gamma比较保险,保证gamma点在sample内;mp要注意奇偶性,可能gamma点不在之内,六方的不适合)

1
Automatic mesh
2
0
3
Gamma
4
8 8 8
5
0.0 0.0 0.0

esc => :wq

或命令行:

1
vaspkit -task 102 -kpr 0.04

102: 直接生成规则网格 KPOINTS。

2: 选择 Gamma centered。

交互式路径:

1
vaspkit
2
102
3
2
4
0.04

(4)POTCAR#

soft 里有 pbe、lda 赝式库(PAW_PBE/LDA_US)。

推荐赝式vaspkit -task 103

生成 POTCARvaspkit -task 104,按 POSCAR 中元素顺序输入,生成 POTCAR 文件。

2.运行vasp计算#

1
export PATH=$PATH:/home/edu/opt (输出路径)
2
mpirun -np 4 vasp_std (使用4核cpu计算)

3.突然中止如何续算#

1.cp CONTCAR POSCAR (将中断后生成的CONTCAR文件替换为新的POSCAR文件)

2.在INCAR文件中修改以下参数:

1
ISTART = 1 (从WAVECAR文件继续计算波函数)
2
ICHARG = 1 (读取CHGCAR文件中的电荷密度作为初始猜测)
3
LCHARG = .TRUE. (在计算过程中写入新的电荷密度文件)

3.保持其他输入文件(如KPOINTS、POTCAR)不变,重新提交计算任务

4.查看输出文件#

(1) OSZICAR#

1
vi OSZICAR
2
grep E0 OSZICAR

N电子步迭代步数 E当前电子步总能 dE该步与上一步总能差值 F前面的数字代表离子步步数

拉到最后一行,如 3F 表示经历 3 个离子步。主要看最终优化结构后的总能 E0,对应 OUTCAR 中 sigma 趋于 0 时的能量。

DAV 表示电子部分优化算法采用稳定性较好的 blocked Davidson 算法。

(2) OUTCAR#

OUTCAR 包含 VASP 所有输入信息(如赝式等)以及每步迭代的详细情况,相当于运行日志文件。各个输出部分用横杠分割。

1
vim OUTCAR
2
G (跳到最后一行,看计算时间等)
3
grep 'reached required accuacy' OUTCAR

没有 reached required accuacy 这个字符则说明没有收敛。

通过 OUTCAR 查看 POTCAR 中的元素可使用以下命令:

1
grep POTCAR OUTCAR
2
grep TIT OUTCAR
3
grep ENMAX OUTCAR

POSCAR 的一些基本信息包括: 坐标格式(笛卡尔坐标系)、原子(或离子)位置、晶胞的形状和大小。

K 点信息,查看 K 点个数:

1
grep irreducible OUTCAR / grep NKPTS OUTCAR

电子步迭代结束输出的主要结果:费米能级以及能带信息

二、VASP静态自洽计算(电子自洽scf)#

1.准备输入文件#

(1) POSCAR(复制结构优化后的CONTCAR)#

(2) INCAR#

在之前的基础上修改(关闭所有结构优化的参数):

1
# I/O (文件读入读出)
2
ISTART = 0
3
ICHARG = 2
4
LWAVE = .TRUE. (保存波函数,用于后续非自洽计算)
5
LCHARG = .TRUE. (确保为True)
6
LVOT = .TRUE.
7
LELF = .TRUE.
8
LORBIT = 11 (10:计算每个原子的局域态密度LDOS,分解为s、p、d轨道,不进行进一步分解;11:计算投影态密度PDOS或部分态密度,分解为s、p、d、f轨道并进一步分解为方向向量px、py、pz,允许进行详细的轨道分析)
9

10
# Electronic Relaxation (电子步)
11
ENCUT = 600
12
NELM = 100
13
ALGO = Fast
14
PREC = Accurate
15
ISMEAR = 1 (未知体系0,金属1/2,-5电子精度高,适合半导体/绝缘体、DOS/能带计算)
16
SIGMA = 0.05
17
EDIFF = 1E-5
18
AMIX = 0.1
19
BMIX = 0.01
20
上述基本不变(与结构优化时的基本相同),若要设置准确的态密度DOS则在末尾增加以下三条:
21
NEDOS = 2000 (在该能级范围内取多少点)
22
EMIN = -10.0
23
EMAX = 10.0 (电子能级划分范围,一般10就够了,能看到费米能级Ef-10到Ef+10的态密度)
24

25
# Ionic Relaxation (离子步,全部关闭/直接不设置)
26
IBRION = -1 (离子弛豫/结构优化的算法,-1不更新结构静态计算)
27
NSW = 0 (0静态自洽)
28
EDIFFG = -1E-2 (离子步收敛的精度,不设置时默认是EDIFF的10倍)
29
ISIF = 2 (3全弛豫,2固定体积弛豫,4固定体积形状可变弛豫)
30

31
# Polarization (对含磁性的体系需要设置)
32
ISPIN = 2
33
LOSRBIT = .False. (是否考虑非线性磁性,默认不考虑,可不设置)

展开收起

(3) KPOINTS#

vim KPOINTS

1
Automatic mesh
2
0
3
Gamma
4
8 8 8 (自己设置,要比结构优化时的大)
5
0.0 0.0 0.0

或Automatic mesh

1
0
2
Auto
3
25.0 -> 改成60.0(对于金属性强的体系要更大如100.0)

或vaspkit -task 102 -kpr 0.04 (自洽计算用的kpoints)

(4) POTCAR(复制结构优化时的即可,或vaspkit生成)#

2.运行vasp计算#

1
export PATH=$PATH:/home/edu/scf (输出路径)
2
mpirun -np 4 vasp_std (使用4核cpu计算)

3.查看输出文件(绘制态密度、能带,求解d带中心)#

(1)绘制态密度DOS、能带图(能带最好在非自洽计算后再画)#

查看原子序号#

将 POSCAR 文件拖入 VESTA。
edit => edit data => structure parameters。
或者 objects => L 全选。

p4v 绘图流程#

p4v open vasprun.xml。
DOS+bands。
选择 Electronic Local DOS 或 show band(能带)。
输入原子序号或元素名。
选择轨道画图。
Graph export data(.dat)。
用 Origin 作图,一般需要先用 Excel 处理一下。
堆积图: 2 个原子图层数目 2,每一图层的曲线数目 2 2(如 d 轨道 spin up 和 down)。
添加参照线: 细节 => 追加 => 位置 0 => 黑色 => 划线。

若要绘制填充折线图:

双击左上角 1。
图层1全选。
解散组。
双击曲线。
启用填充: 填充到数据图 => 单色 => background => 图案选择颜色。

也可使用 vaspview 作图: 导出 txt 数据文件,再用 Origin 作图。

(2)求解金属原子d带中心#

ϵd=∫−∞+∞E⋅ρd(E)dE∫−∞+∞ρd(E)dE\epsilon_d=\frac{\int_{-\infty}^{+\infty}E\cdot\rho_d(E)dE}{\int_{-\infty}^{+\infty}\rho_d(E)dE}ϵd=∫−∞+∞ρd(E)dE∫−∞+∞E⋅ρd(E)dE

Origin 求解流程#

打开 Origin。
将 Fe/O 的 d 带中心轨道态密度拖入。
x 就是 E,y 就是 PDOS(即 ρd(E)\rho_d(E)ρd(E))。
新增一列 Y,命名为 E×PDOS(即 E⋅ρd(E)E\cdot\rho_d(E)E⋅ρd(E))。
分析 => 数学 => 设置列值,公式是 A*B。
作图。
对两个函数进行积分。首先选中 E×PDOS(右侧对象管理器选中),快捷分析积分,范围 -100 到 +100,得到数学面积并复制。
新建一个 sheet,粘贴到 Y,再增加两列(一共 3 个 Y)。
同理再对 PDOS 积分。
求出 d 带中心 B/C,单位 eV。

vasp view 求解流程#

点态密度。
导入 DOSCAR。
点击 PDOS。
将 s、p 轨道去除。
填原子序号,如 49-49。
点设置,得到平均 d 带中心。

三、VASP非自洽计算(能带/态密度)#

1.准备输入文件#

(1) POSCAR(复制自洽的POSCAR)#

(2) INCAR#

1
# I/O (文件读入读出)
2
ISTART = 1 (1从scf已有波函数WAVECAR和电荷密度CHGCAR继续计算)
3
ICHARG = 11 (11从自洽好的静态电荷密度出发,只计算能带/DOS,不更新电荷密度)
4
LWAVE = .FALSE.
5
LCHARG = .TRUE. (确保为True)
6
LVOT = .TRUE.
7
LELF = .TRUE.
8
LORBIT = 11 (10:计算每个原子的局域态密度LDOS,分解为s、p、d轨道,不进行进一步分解,只输出总态密度DOSCAR;11:计算投影态密度PDOS或部分态密度,分解为s、p、d、f轨道并进一步分解为方向向量px、py、pz,允许进行详细的轨道分析,输出DOSCAR+PROCAR)
9

10
# Electronic Relaxation (电子步)
11
ENCUT = 600
12
NELM = 100
13
ALGO = Fast
14
PREC = Accurate
15
ISMEAR = -5 (金属:dos用-5/能带还是用1)
16
SIGMA = 0.05
17
EDIFF = 1E-5
18
AMIX = 0.1
19
BMIX = 0.01
20
上述基本不变(与结构优化时的基本相同),若要设置准确的态密度DOS则在末尾增加以下三条:
21
NEDOS = 2000 (在该能级范围内取多少点)
22
EMIN = -10.0
23
EMAX = 10.0 (电子能级划分范围,一般10就够了,能看到费米能级Ef-10到Ef+10的态密度)
24

25
# Ionic Relaxation (离子步,全部关闭/直接不设置)
26
IBRION = -1 (离子弛豫/结构优化的算法,-1不更新结构静态计算)
27
NSW = 0 (0静态自洽)
28
EDIFFG = -1E-2 (离子步收敛的精度,不设置时默认是EDIFF的10倍)
29
ISIF = 2 (3全弛豫,2固定体积弛豫,4固定体积形状可变弛豫)
30

31
# Polarization (对含磁性的体系需要设置/可不设置)
32
ISPIN = 2
33
LOSRBIT = .False. (是否考虑非线性磁性,默认不考虑,可不设置)

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(3) KPOINTS(dos和能带不一样)#

DOS(类似自洽计算): vaspkit -task 102 -kpr 0.04 (精度:0.06~0.04较粗;0.04~0.03常用;0.02~0.01精细,计算量大)

band: vaspkit -task 302 cp KPATH.in KPOINTS (能带用line-mode路径)

(4) POTCAR(复制自洽的POTCAR)#

(5) 复制自洽的CHGCAR和WAVECAR#

2.运行vasp计算#

1
export PATH=$PATH:/home/edu/scf (输出路径)
2
mpirun -np 4 vasp_std (使用4核cpu计算)

四、差分电荷密度、ELF、bader分析#

以氧气分子为例。

1. 分子结构优化#

1
mkdir part
2
cd part

上传结构将分子的 POSCAR 文件上传到 part 文件夹。

检查文件ls、cat POSCAR 查看结构文件。

生成输入vaspkit => 101 => SR; 再用 102 => 2 => 0.04 生成 KPOINTS 和 POTCAR。

自旋设置vi INCAR,将 ISPIN 改成 2。

核对赝势cat KPOINTS, grep TIT POTCAR。

运行结构优化计算:

1
export PATH=$PATH:/home/edu/scf (输出路径)
2
mpirun -np 4 vasp_std (使用4核cpu计算)

2. 静态自洽与网格设置#

结构优化完成后:

1
grep NGXF OUTCAR (得到NGXF=80,NGYF=80,NGZF=96)
2
mv CONTCAR POSCAR (将结构优化后的CONTCAR文件重命名为POSCAR文件)
3
vi INCAR

修改 INCAR 文件,删除其中的结构优化计算相关参数(离子步 Ionic Relaxation 全删除),并添加以下设置:

1
NGXF = 80
2
NGYF = 80
3
NGZF = 96
4
LCHGCAR = T
5
LELF = T
6
LAECHG = T

然后运行 vasp_std 做静态自洽计算。

3. 差分电荷计算#

创建 A、B 两个计算文件夹:

1
mkdir A
2
cp INCAR POSCAR KPOINTS POTCAR A
3
mkdir B
4
cp INCAR POSCAR KPOINTS POTCAR B

A 文件夹cd A => vi POSCAR,删除第二个氧原子,即 Direct 下第二行的 0 删除,Direct 上方的 2 改成 1,然后运行 vasp_std。

B 文件夹cd ../B => vi POSCAR,删除第一个氧原子,即 Direct 下第一行的 0 删除,Direct 上方的 2 改成 1,然后运行 vasp_std。

差分电荷cd .. 回到 part 文件夹,在 vaspkit 中选择 31 => 314,依次输入 CHGCAR A/CHGCAR B/CHGCAR,得到 CHGDIFF.vasp。

将 CHGDIFF.vasp 下载到本地电脑,用 VESTA 打开即得差分电荷密度图。点击 boundary 修改显示范围。

4. ELF 与 bader 分析#

将 ELFCAR 文件下载到本地电脑,用 VESTA 打开。
修改显示范围,点击原子选择合适的切面显示。
在 slice 中继续调整显示范围。

Bader 分析命令:

1
chgsum.pl AECCAR0 AECCAR2
2
bader CHGCAR -ref CHGCAR_sum
3
cat ACF.dat
4
grep ZVAL POTCAR

得到 ACF.dat、BCF.dat 等文件后,用 grep ZVAL POTCAR 查看元素价电子数,再和 charge 对比判断失去/获得多少电子。

5. MS 建模路线#

在 MS 中建模,直接导入结构优化后的模型,在此基础上删除修改。
准备 AB(如 Fe2O3+氧空位/吸附物晶格氧/掺杂等)、A(Fe2O3)、B(氧空位/…)。
分别导出为 cif 文件: POSCAR_AB、POSCAR_A、POSCAR_B。
注意删除原子时位置保持不变。
用 vaspview 将 cif 转化为 POSCAR 文件。
将这几个 POSCAR 文件下载到服务器中的三个文件 AB、A、B 中。
制作其他计算输入文件。
分别或批量提交计算任务即可。

五、吸附能计算#

建表面下载正确的 cif 文件(华算科技官网/material project),导入 MS,构建表面模型,如 1 0 0 表面,thickness 选 4 层。

转 POSCAR导出为 cif 格式 POSCAR,用 vaspview 再转化成 POSCAR 文件。

固定底层对表面原子做结构优化时,固定底下的半层原子用于模拟体相。

提交结构优化cat POSCAR, cat INCAR 检查标准参数后提交任务。

构建吸附模型将优化好的 CONTCAR 拖入 MS,构建气体吸附模型,如吸附晶格氧。

能量对比同理计算吸附体系、纯 slab 和纯气体,得到 3 个能量值。

Eads=Etotal−Eslab−EadsorbentE_{\mathrm{ads}}=E_{\mathrm{total}}-E_{\mathrm{slab}}-E_{\mathrm{adsorbent}}Eads=Etotal−Eslab−Eadsorbent

六、过渡态计算(CINEB方法)#

1.建模及提交计算#

以氢表面转移的过渡态计算为例。

建模流程#

下载 cif 文件并导入 MS 建模。
选择 ball and stick,Lattice color 选黑色。
Build => surface => cleave surface 切一个表面。
cleave plane 选择 1 0 0,厚度选 4 层,color 黑色。
build => crystals => build vacuum slab => build,增加 15 Å 真空层。
build => symmetry => supercell,扩胞做一个 4*4 的超胞。

构建初末态#

构建氢吸附的初态。
选中下方三层原子(变黄色)。
右键 display style => stick。
画一个 H,连接其他位置原子。
export 导出成 cif,命名为 POSCAR_IS。
末态将 H 移动到另一个位置,同样导出为 cif,命名为 POSCAR_FS。
用 vaspview 将 2 个文件批量转化为 POSCAR 文件。
对这两个文件先进行结构优化。
将优化好的两个文件分别放入 IS 和 FS 文件夹。

VTST 插点#

1
dist.pl ./IS/POSCAR ./FS/POSCAR
2
nebmake.pl ./IS/POSCAR ./FS/POSCAR 2

dist.pl: 检查初末态结构原子位置差异性,不大于 5 就可以做过渡态搜索计算。

nebmake.pl: 在初末态中间插点。一般需要尝试,对前一步得到的值除以 0.6~0.8 取整,先插 2 个点试试。

得到过渡态计算的结构文件后,打开文件目录,把输入文件准备在这个目录下:

1
00 01 02 03 FS IS INCAR KPOINTS POTCAR

最后提交任务即可。

其中INCAR文件:

1
ISMEAR = 0
2
SIGMA = 0.05
3
ALGO = Fast
4

5
NSW = 500 (离子步数,可设大点)
6
IBRION = 3 (使用过渡态搜索里的算法,1:插的点基本就是反应路径;3:初末态结构不是很理想,插的点也一般时)
7
POTIM = 0 (步长,一般0.1~1.0之间即可)
8
IPOT = 2
9
ICHAIN = 0
10
LCLIMB = .TRUE. (启用CINEB方法搜索过渡态)
11
IMAGES = 2 (插入点的数目)
12
SPRING = -5 (防止过于偏移,一般设为-5)
13
EDIFF = 1E-5
14
EDIFFG = -0.02 (或者不设置)

2.结果分析#

将初始和末态结构计算得到的OUTCAR分别拷贝到00和03文件夹中,输入nebresults.pl得相关结果文件,nebef.dat,第二列即为最大受力,第三列为相应结构的能量,neb.dat文件第二列为距离,第三列为能量(以初态能量为参考值),第四列为力,将neb.dat下载到本地,导入origin绘图

七、COHP计算#

高精度单点能计算(准备好四个输入文件)+提交龙虾程序#

赝式赝式文件需要用 PAW 版本,可用 grep PAW POTCAR 检查。

VASP 版本不能用 gamma 版,要用标准版。可用 cat sub-vaspl 或类似脚本查看是否调用 bin/vasp_std。

清理波函数如果之前结构优化保存了 WAVECAR,需要删除,如 rm WA。

单点能vi INCAR 修改参数后跑单点能。

LOBSTER单点能跑完后,用 tail -f output、cat lobsterin 检查龙虾程序输入,再提交 COHP 计算。

其中INCAR参考设置如下:

1
SYSTEM = test
2

3
LWAVE = .TRUE.
4
LCHARG = .TRUE.
5

6
ISMEAR = 0
7
SIGMA = 0.05
8

9
NSW = 0
10
IBRION = -1
11
POTIM = 0.5
12

13
ISYM = -1 (对称性,要用-1,0也可)
14
NBANDS = 200 (需要设置的比平时高一点,1.5~2倍结构优化时的该默认值)

八、脚本提交vasp计算#

1.判断服务器系统#

输入 sbat 或 qsu,按一下 tab,如果填充成功则为 slurm/PBS 系统。

2.获取并修改脚本#

获取 slurm 脚本(管理员、师兄师姐、翻找):

1
grep -r --include="*.sh" "vasp_std" .

一般只需要修改名字、节点名称、数量、总核数。

-J表示 job name,如结构优化 opt_Si,自洽计算 scf_Si。

sinfo查看超算有哪些节点。比如有 comput40,节点名称 comput,有 40 个节点,可以选择调用 2 个节点。

sinfo -lN查看核数。比如 comput 节点 CPUS=40,2×40=80,即总核数≤节点数×核数。

3.作业管理(提交/查看/取消)#

1
cd 路径
2
vi run.sh
3
sbatch run.sh
4
squeue
5
squeue -o "%.18i %.9P %.8j %.8u %.2t %.10M %.6D %Z" -u $USER
6
scancel 642552

修改脚本vi run.sh

提交作业sbatch run.sh

查看进度squeue,有作业号但没路径。

查看路径squeue -o "%.18i %.9P %.8j %.8u %.2t %.10M %.6D %Z" -u $USER,给出作业具体路径,再 cd 进入该路径。

取消作业scancel 642552,其中 642552 是 JOBID。

VASP计算流程

Fri, 03 Jul 2026 00:00:00 GMT

计算前准备#

VASP 计算通常从四个核心输入文件开始：POSCAR、INCAR、KPOINTS 和 POTCAR。在提交任务前，建议先检查结构坐标、元素顺序、赝势版本和计算参数是否一致。

基本流程#

准备初始结构并检查元素顺序。
设置结构优化参数，例如 ENCUT、EDIFF、EDIFFG、IBRION 和 ISIF。
生成合适的 K 点网格。
提交任务并监控 OUTCAR、OSZICAR 和 CONTCAR。
检查能量是否收敛、力是否达标、结构是否合理。

常见检查点#

reached required accuracy 是否出现。
最大受力是否低于设定阈值。
CONTCAR 是否为空。
体系磁矩、能量和结构变化是否符合预期。