Một sự tham số hóa nhất quán và chính xác từ \\textit{ab initio} của việc điều chỉnh độ phân tán trong lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT-D) cho 94 nguyên tố H-Pu

Journal of Chemical Physics - Tập 132 Số 15 - 2010
Stefan Grimme1, Jens Antony1, Stephan Ehrlich1, Helge Krieg1
1Universität Münster Theoretische Organische Chemie, Organisch-Chemisches Institut, , Corrensstrasse 40, D-48149 Münster, Germany

Tóm tắt

\u003cp\u003ePhương pháp điều chỉnh độ phân tán như là một bổ sung cho lý thuyết phiếm hàm mật độ Kohn–Sham tiêu chuẩn (DFT-D) đã được tinh chỉnh nhằm đạt độ chính xác cao hơn, phạm vi áp dụng rộng hơn và ít tính kinh nghiệm hơn. Các thành phần mới chủ yếu là các hệ số phân tán cụ thể theo từng cặp nguyên tử và bán kính cắt đều được tính toán từ các nguyên lý đầu tiên. Các hệ số cho các bản số phân tán bậc tám mới được tính thông qua các quan hệ truy hồi đã thiết lập. Thông tin phụ thuộc vào hệ thống (hình học) được sử dụng lần đầu tiên trong phương pháp tiếp cận loại DFT-D bằng việc áp dụng khái niệm mới về số phối hợp phân số (CN). Chúng được dùng để nội suy giữa các hệ số phân tán của các nguyên tử trong các môi trường hóa học khác nhau. Phương pháp chỉ cần điều chỉnh hai tham số toàn cầu cho mỗi phiếm hàm mật độ, có độ chính xác về mặt tiệm cận cho một khí của các nguyên tử trung hòa tương tác yếu và dễ dàng cho phép tính toán các lực nguyên tử. Các hệ số không cộng tính ba thân được xem xét. Phương pháp đã được đánh giá trên các bộ chỉ chuẩn quy tắc cho các tương tác không đồng hóa học bên trong và giữa các phân tử với sự nhấn mạnh đặc biệt vào mô tả nhất quán các hệ thống nguyên tố nhẹ và nặng. Các độ lệch trung bình tuyệt đối cho bộ chỉ chuẩn S22 của các tương tác không hóa trị giảm từ 15% đến 40% so với phiên bản trước (vốn đã chính xác) của DFT-D. Sự cải tiến phi thường được tìm thấy cho một mô hình cuộn gấp tripeptide và tất cả các hệ thống kim loại đã được thử nghiệm. Sự cải chính hành vi tầm xa và việc sử dụng các hệ số C6 chính xác hơn cũng dẫn đến sự mô tả tốt hơn nhiều về các hệ thống lớn (vô hạn) như đã thấy trong các tấm graphene và sự hấp thu của benzene trên bề mặt Ag(111). Đối với graphene, việc bao gồm các hệ số ba thân đã làm yếu đi đáng kể (khoảng 10%) lực liên kết giữa các tầng. Chúng tôi đề xuất phương pháp DFT-D đã được sửa đổi như một công cụ tổng quát cho việc tính toán năng lượng phân tán trong các phân tử và chất rắn thuộc bất kỳ loại nào với DFT và các phương pháp cấu trúc điện tử liên quan (chi phí thấp) cho các hệ thống lớn.\u003c/p\u003e

Từ khóa

#DFT-D #độ phân tán #tiêu chuẩn Kohn-Sham #số phối hợp phân số #phiếm hàm mật độ #lực nguyên tử #ba thân không cộng tính #hệ thống nguyên tố nhẹ và nặng #tấm graphene #hấp thụ benzene #bề mặt Ag(111)

Tài liệu tham khảo

1997, The Theory of Intermolecular Forces

2006, Intermolecular Interactions, 10.1002/047086334X

2007, Org. Biomol. Chem., 5, 741, 10.1039/b615319b

2009, J. Chem. Phys., 130, 124105, 10.1063/1.3079822

2009, J. Phys. Org. Chem., 22, 1127, 10.1002/poc.1606

2009, J. Chem. Phys., 131, 224104, 10.1063/1.3269802

2001, J. Chem. Phys., 114, 5149, 10.1063/1.1329889

2004, J. Comput. Chem., 25, 1463, 10.1002/jcc.20078

2007, J. Comput. Chem., 28, 555, 10.1002/jcc.20570

1996, Phys. Rev. Lett., 76, 102, 10.1103/PhysRevLett.76.102

2005, Int. J. Quantum Chem., 101, 599, 10.1002/qua.20315

2005, Mol. Phys., 103, 1151, 10.1080/00268970412331333474

2004, Phys. Rev. Lett., 93, 153004, 10.1103/PhysRevLett.93.153004

2008, J. Chem. Phys., 129, 154102, 10.1063/1.2992078

2008, Acc. Chem. Res., 41, 157, 10.1021/ar700111a

von Rague-Schleyer, 1998, Encyclopedia of Computational Chemisty, 1376, 10.1002/0470845015

2001, J. Phys. Chem. A, 105, 11156, 10.1021/jp0112774

2010, J. Chem. Theory Comput., 6, 168, 10.1021/ct9005882

2006, Phys. Chem. Chem. Phys., 8, 3955, 10.1039/b608262a

2010, J. Chem. Theory Comput., 6, 864, 10.1021/ct900536n

2010, J. Chem. Phys., 132, 094106, 10.1063/1.3336452

2009, Phys. Rev. Lett., 103, 063004, 10.1103/PhysRevLett.103.063004

2010, J. Phys.: Condens. Matter, 22, 022201, 10.1088/0953-8984/22/2/022201

2010, J. Chem. Theory Comput., 6, 81, 10.1021/ct900410j

2008, J. Chem. Theory Comput., 4, 1996, 10.1021/ct800308k

Lipkowitz, 2009, Reviews in Computational Chemistry, 1, 10.1002/9780470399545.ch1

Lipkowitz, 2009, Reviews in Computational Chemistry, 39, 10.1002/9780470399545.ch2

2009, Phys. Rev. Lett., 103, 263201, 10.1103/PhysRevLett.103.263201

1988, Phys. Rev. A, 38, 3098, 10.1103/PhysRevA.38.3098

1988, Phys. Rev. B, 37, 785, 10.1103/PhysRevB.37.785

1986, Phys. Rev. B, 33, 8822, 10.1103/PhysRevB.33.8822

1986, Phys. Rev. B, 34, 7406, 10.1103/PhysRevB.34.7406

1996, Phys. Rev. Lett., 77, 3865, 10.1103/PhysRevLett.77.3865

1998, Phys. Rev. Lett., 80, 890, 10.1103/PhysRevLett.80.890

2006, J. Comput. Chem., 27, 1787, 10.1002/jcc.20495

2003, Phys. Rev. Lett., 91, 146401, 10.1103/PhysRevLett.91.146401

1993, J. Chem. Phys., 98, 5648, 10.1063/1.464913

1994, J. Phys. Chem., 98, 11623, 10.1021/j100096a001

1999, J. Chem. Phys., 110, 6158, 10.1063/1.478522

2005, J. Phys. Chem. A, 109, 5656, 10.1021/jp050536c

2006, J. Chem. Phys., 124, 034108, 10.1063/1.2148954

2005, J. Phys. Chem. A, 109, 3067, 10.1021/jp050036j

2005, J. Chem. Phys., 122, 154104, 10.1063/1.1884601

2005, J. Chem. Phys., 123, 154101, 10.1063/1.2065267

2009, Phys. Rev. Lett., 102, 073005, 10.1103/PhysRevLett.102.073005

2009, J. Math. Chem., 46, 86, 10.1007/s10910-008-9451-y

2006, J. Chem. Phys., 124, 014104, 10.1063/1.2139668

2006, J. Chem. Phys., 124, 174104, 10.1063/1.2190220

2005, J. Chem. Phys., 123, 024101, 10.1063/1.1949201

2006, Phys. Chem. Chem. Phys., 8, 1985, 10.1039/b600027d

2009, Phys. Rev. A, 79, 042510, 10.1103/PhysRevA.79.042510

2000, J. Chem. Phys., 113, 3011, 10.1063/1.1287055

2001, J. Chem. Phys., 115, 8748, 10.1063/1.1412004

2002, J. Chem. Phys., 116, 515, 10.1063/1.1424928

2004, J. Chem. Phys., 120, 2693, 10.1063/1.1637034

2008, J. Phys. Chem. A, 112, 9993, 10.1021/jp800974k

2009, J. Chem. Theory Comput., 5, 2950, 10.1021/ct9002509

2007, Phys. Chem. Chem. Phys., 9, 3397, 10.1039/b704725h

2009, Mater. Trans., 50, 1664, 10.2320/matertrans.MF200911

2008, Phys. Chem. Chem. Phys., 10, 6615, 10.1039/b810189b

2004, Chem.-Eur. J., 10, 3423, 10.1002/chem.200400091

2006, Angew. Chem., Int. Ed., 45, 4460, 10.1002/anie.200600448

1948, Phys. Rev., 73, 360, 10.1103/PhysRev.73.360

1999, J. Comput. Chem., 20, 12, 10.1002/(SICI)1096-987X(19990115)20:1<12::AID-JCC4>3.0.CO;2-U

2009, J. Chem. Phys., 131, 164708, 10.1063/1.3256238

1972, J. Chem. Phys., 56, 2801, 10.1063/1.1677610

1992, J. Chem. Phys., 97, 3252, 10.1063/1.463012

1984, J. Chem. Phys., 80, 3726, 10.1063/1.447150

2010, J. Chem. Phys., 132, 014110, 10.1063/1.3282265

2010, J. Chem. Phys., 132, 074301, 10.1063/1.3315418

2004, J. Phys. Chem. A, 108, 10225, 10.1021/jp047289h

1943, J. Chem. Phys., 11, 299, 10.1063/1.1723844

1943, Proc. Phys. Math. Soc. Jpn., 17, 629

2008, Phys. Rev. B, 78, 045116, 10.1103/PhysRevB.78.045116

2009, J. Phys. Chem. A, 113, 5806, 10.1021/jp8111556

2009, Chem.-Eur. J., 15, 186, 10.1002/chem.200800987

See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.3382344 for optimized DFT-D3 parameter values for triple-zeta calculations, computational details, and details on the benchmark sets.

2009, Phys. Chem. Chem. Phys., 11, 10757, 10.1039/b907148b

2006, Phys. Rev. Lett., 96, 073201, 10.1103/PhysRevLett.96.073201

2009

2007, ORCA—An Ab Initio, Density Functional and Semiempirical Program Package

2006

2003, J. Chem. Phys., 119, 12753, 10.1063/1.1627293

2005, Phys. Chem. Chem. Phys., 7, 3297, 10.1039/b508541a

1994, J. Chem. Phys., 100, 5829, 10.1063/1.467146

2000, J. Chem. Phys., 113, 2563, 10.1063/1.1305880

2003, J. Chem. Phys., 119, 11113, 10.1063/1.1622924

1993, Chem. Phys. Lett., 213, 514, 10.1016/0009-2614(93)89151-7

2002, Phys. Chem. Chem. Phys., 4, 4285, 10.1039/b204199p

1997, Theor. Chem. Acc., 97, 331, 10.1007/s002140050269

1998, Chem. Phys. Lett., 294, 143, 10.1016/S0009-2614(98)00862-8

1995, Chem. Phys. Lett., 240, 283, 10.1016/0009-2614(95)00621-A

2007, Theor. Chem. Acc., 117, 587, 10.1007/s00214-007-0250-5

Olivucci, 2005, Theoretical and Computational Chemistry

2009, J. Chem. Theory Comput., 5, 1761, 10.1021/ct900126q

1999, Mol. Phys., 96, 559, 10.1080/00268979909482993

2010, J. Chem. Theory Comput., 6, 107, 10.1021/ct900489g

2006, J. Chem. Phys., 124, 114304, 10.1063/1.2178795

2005, Phys. Chem. Chem. Phys., 7, 3917, 10.1039/b509242f

1998, Int. J. Quantum Chem., 66, 131, 10.1002/(SICI)1097-461X(1998)66:2<131::AID-QUA4>3.0.CO;2-W

2007, J. Phys. Chem. C, 111, 11199, 10.1021/jp0720791

2007, Mol. Phys., 105, 2793, 10.1080/00268970701635543

2007, J. Am. Chem. Soc., 129, 3842, 10.1021/ja070616p

2008, Acc. Chem. Res., 41, 569, 10.1021/ar700208h

2009, Phys. Chem. Chem. Phys., 11, 8440, 10.1039/b907260h

2009, J. Chem. Phys., 131, 174105, 10.1063/1.3244209

2008, J. Phys. Chem. C, 112, 4061, 10.1021/jp710918f

2009, J. Chem. Theory Comput., 5, 993, 10.1021/ct800511q

2007, J. Phys. Chem. A, 111, 4862, 10.1021/jp070589p

2009, Phys. Rev. B, 79, 201105, 10.1103/PhysRevB.79.201105

2005, Chem.-Eur. J., 11, 6803, 10.1002/chem.200500465

2007, J. Phys. Chem. A, 111, 1146, 10.1021/jp066504m

2004, Phys. Rev. B, 69, 155406, 10.1103/PhysRevB.69.155406

2007, Phys. Rev. B, 76, 155425, 10.1103/PhysRevB.76.155425

2006, Phys. Rev. B, 74, 235401, 10.1103/PhysRevB.74.235401

2009, J. Comput. Chem., 30, 51, 10.1002/jcc.21022

2008, Phys. Chem. Chem. Phys., 10, 2813, 10.1039/b717744e

2008, J. Chem. Phys., 129, 204112, 10.1063/1.3021474

2009, J. Phys. Chem. A, 113, 13628, 10.1021/jp906086x

2000, J. Phys. Chem. A, 104, 11414, 10.1021/jp002631l

2005, J. Phys. Chem. A, 109, 11015, 10.1021/jp053905d

2006, J. Phys. Chem. B, 110, 19973, 10.1021/jp062225n

2008, Phys. Chem. Chem. Phys., 10, 3327, 10.1039/b803508c

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Chemical Physics

Tập 132 Số 15

Thông tin tác giả