能量分解分析方法及其在水团簇多体效应中的应用

doi:10.12461/PKU.DXHX202405074

大学化学 >> 2025, Vol. 40 >> Issue (3): 100-107.doi: 10.12461/PKU.DXHX202405074

所属专题：理论与计算化学在化学及其交叉学科教学中的应用

能量分解分析方法及其在水团簇多体效应中的应用

陆星元¹, 姚宇涛¹, 谷俊井^1,2,3, 苏培峰^1,2,3

1 厦门大学化学化工学院, 福建厦门 361005;
2 福建省理论与计算化学重点实验室, 福建厦门 361005;
3 固体表面物理化学国家重点实验室(厦门大学), 福建厦门 361005

收稿日期:2024-05-07 录用日期:2024-08-14 发布日期:2025-03-19
通讯作者: 苏培峰 E-mail:supi@xmu.edu.cn
基金资助:
基础学科拔尖学生培养计划研究课题(20222107)；福建省本科高校教育教学改革研究项目(FBJG20220159)

Energy Decomposition Analysis and Its Application in the Many-Body Effect of Water Clusters

Xingyuan Lu¹, Yutao Yao¹, Junjing Gu^1,2,3, Peifeng Su^1,2,3

1 College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, Fujian Province, China;
2 Fujian Provincial Key Laboratory of Theoretical and Computational Chemistry, Xiamen 361005, Fujian Province, China;
3 State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surfaces, Xiamen 361005, Fujian Province, China

Received:2024-05-07 Accepted:2024-08-14 Published:2025-03-19
Contact: Peifeng Su E-mail:supi@xmu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要： 能量分解分析方法是一种研究分子相互作用的定量分析理论方法，在分子自组装、药物设计、化学反应机理、力场发展等各个领域得到广泛应用。现有化学本科教材对分子相互作用的讲授过于浅显，逐渐不适应现在化学系本科的培养要求。为深化大学本科学生对分子相互作用的认知，本文简述了能量分解分析方法的基本概念，介绍了具有代表性的广义Kohn-Sham能量分解分析(GKS-EDA)方法及其在六聚水多体效应中的应用。

关键词: 能量分解分析, 水团簇, 多体效应

Abstract: Energy decomposition analysis (EDA) is a quantitative theoretical method for studying molecular interactions. It has been widely applied in various fields including molecule self-assembly, drug design, mechanism of chemical reactions, and development of force fields. The existing undergraduate chemistry curriculum, however, often provides superficial explanations of molecular interactions, sometimes with inconsistencies. To deepen undergraduates’ understanding of molecular interactions, this article briefly outlines the basic concepts of EDA and introduces the representative GKS-EDA method, along with its study of multi-body effects in hexamer water systems.

Key words: Energy decomposition analysis, Water cluster, Many-body effect

陆星元, 姚宇涛, 谷俊井, 苏培峰. 能量分解分析方法及其在水团簇多体效应中的应用[J]. 大学化学, 2025, 40(3): 100-107.

Xingyuan Lu, Yutao Yao, Junjing Gu, Peifeng Su. Energy Decomposition Analysis and Its Application in the Many-Body Effect of Water Clusters[J]. University Chemistry, 2025, 40(3): 100-107.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.12461/PKU.DXHX202405074

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2025/V40/I3/100

参考文献

[1] 周公度, 段连运. 结构化学基础. 第5版. 北京: 北京大学出版社, 2017.
[2] 花书贵, 季姣, 单靖舒, 严珺. 大学化学, 2019, 34 (1), 104.
[3] Pearson, R. G. Chem. Rev. 1985, 85 (1), 41.
[4] Hobza, P.; Havlas, Z. Chem. Rev. 2000, 100 (11), 4253.
[5] Custelcean, R.; Jackson, J. E. Chem. Rev. 2001, 101 (7), 1963.
[6] Belkova, N. V.; Epstein. L. M.; Filippov, O. A.; Shubina, E. S. Chem. Rev. 2016, 116 (15), 8545.
[7] Mahmudov, K T.; Pombeiro, A. J. L. Chem-Eur. J. 2016, 22 (46), 16356.
[8] Weinhold; Frank; Roger A. K. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53 (42), 11214.
[9] Stone, A. The Theory of Intermolecular Forces; Oxford University Press: Oxford, UK, 2013.
[10] Jeziorski, B.; Moszynski, R.; Szalewicz, K. Chem. Rev. 1994, 94 (7), 1887.
[11] Bickelhaupt, F. M.; Baerends, E. J. Kohn-Sham Density Functional Theory: Predicting and Understanding Chemistry. In Reviews in Computational Chemistry; Lipkowitz, K. B., Boyd, D. B. Eds.; Wiley: San Francisco, CA, USA, 2000; pp. 1-86.
[12] Hohenstein, E. G.; Sherrill, C. D. Wires Comput. Mol. Sci. 2012, 2 (2), 304.
[13] Szalewicz, K. Wires Comput. Mol. Sci. 2012, 2 (2), 254.
[14] Jansen, G. Wires Comput. Mol. Sci. 2014, 4 (2), 127.
[15] Phipps, M. J.; Fox, T.; Tautermann, C. S.; Skylaris, C-K. Chem. Soc. Rev. 2015, 44 (10), 3177.
[16] Zhao, L.; von Hopffgarten, M.; Andrada, D. M.; Frenking, G. Wires Comput. Chem. Rev. 2018, 8 (3), e1345.
[17] Su, P.; Tang, Z.; Wu, W. Wires Comput. Chem. Rev. 2020, 10 (5), e1460.
[18] Kitaura, K.; Morokuma. K. Int. J. Quantum Chem. 1976, 10, 325.
[19] Stevens, W. J.; Fink. W. H. Chem. Phys. Lett. 1987, 139 (1), 15.
[20] Chen, W.; Gordon, M. S. J. Phys. Chem. 1996, 100 (34), 14316.
[21] Bagus, P. S.; Hermann, K.; Bauschlicher Jr., C. W. J. Chem. Phys. 1984, 80 (9), 4378.
[22] Bagus, P. S.; Illas, F. J. Chem. Phys. 1992, 96 (12), 8963.
[23] Mo, Y.; Gao, J.; Peyerimhoff, S. D. J. Chem. Phys. 2000, 112 (13), 5530.
[24] Mo, Y.; Bao. P.; Gao. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13 (15), 6760.
[25] Khaliullin, R. Z.; Cobar, E. A.; Lochan, R. C.; Bell, A. T.; Head-Gordon, M. J. Phys. Chem. A. 2007, 111 (36), 8753.
[26] Mao, Y.; Horn, P. R.; Head-Gordon, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2017, 19 (8), 5944.
[27] Su, P.; Li, H. J. Chem. Phys. 2009, 131 (1), 014102.
[28] Szalewicz, K.; Jeziorski, B. Mol. Phys. 1979, 38, 191.
[29] Jeziorski, B.; Moszynski, R.; Szalewicz, K. Chem. Rev. 1994, 94, 1887.
[30] Nahoko, K.; Yuji, M.; Hirotoshi, M. J. Chem. Educ. 2023, 100 (2), 647.
[31] Su, P.; Jiang, Z.; Chen, Z.; Wu, W. J. Phys. Chem. A. 2014, 118 (13), 2531.
[32] Su, P.; Tang, Z.; Wu, W. Wires Comput. Mol. Sci. 2020, 10, e1460.
[33] Hankins, D.; Moskowitz, J. W.; Stillinger, F. H. J. Chem. Phys. 1970, 53 (12), 4544.
[34] Morokuma, K.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1968, 48 (7), 3275.
[35] Xantheas, S. S. J. Chem. Phys. 1994, 100 (10), 7523.
[36] Medders, G. R.; Götz, A. W.; Morales, M. A.; Bajaj, P.; Paesani, F. J. Chem. Phys. 2015, 143 (10), 104102.
[37] Dahlke, E. E; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3 (1), 46.
[38] Gregory, J. K.; Clary, D. C. J. Phys. Chem. 1996, 100 (46), 18014.
[39] Milet, A.; Moszynski, R.; Wormer, P. E.; van der Avoird, A. J. Phys. Chem. A 1999, 103 (34), 6811.
[40] Schmitt-Monreal, D.; Jacob, C. R. J. Chem. Theory Comput. 2021, 17 (7), 4144.
[41] Herman, K. M.; Xantheas, S. S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2023, 25 (10), 7120.
[42] Dahlke, E. E.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3 (4), 1342.
[43] Heindel, J. P.; Herman, K. M.; Xantheas, S. S. Annu. Rev. Phys. Chem. 2023, 74, 337.
[44] Heindel, J. P.; Xantheas, S. S. J. Chem. Theory Comput. 2020, 16 (11), 6843.
[45] Schmitt-Monreal, D.; Jacob, C. R. J. Chem. Theory Comput. 2021, 17 (7), 4144.
[46] Nandi, A.; Qu, C.; Houston, P. L.; Conte, R.; Yu, Q.; Bowman, J. M. J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12 (42), 10318.
[47] Møller, C.; Plesset, M. S. Phys. Rev. 1934, 46 (7), 618.
[48] Dunning Jr, T. H. J. Chem. Phys. 1989, 90 (2), 1007.
[49] Chai, J. D.; Head-Gordon, M. J. Chem. Phys. 2008, 128 (8), 084106.
[50] Iuchi, S.; Izvekov, S.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2007, 126 (12), 124505.

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Energy Decomposition Analysis and Its Application in the Many-Body Effect of Water Clusters

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[2]	牛庆涛, 徐新尧, 于伟悦, 孟舒翔, 吕志果, 靳满满. 科教融合在化工专业化工热力学教学中的探索与实践——以化工物性数据估算和化学反应平衡为例[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 1 -9 .
[3]	刘雨同, 景学敏. “双碳”目标背景下甲烷的催化转化[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 101 -113 .
[4]	黄竹胜, 薛伟, 常永正, 汪联辉, 罗志敏. 物理化学实验教学改革：培养学生创新与实践能力[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 10 -16 .
[5]	王琳琳, 刘刚, 柴春笑, 路庆明, 马莹. 6S理念在高校仪器分析化学教学实验室规范化管理中的应用[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 186 -193 .
[6]	肖岩松, 黄熠, 马星星, 宋秋玲. Matteson反应在有机合成中的应用：基础到前沿[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 114 -120 .
[7]	吴倩, 吕远霞, 郭紫旋, 赵治皓, 张志敏, 卢红梅. 研究型仪器分析综合实验课程的案例与实践[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 194 -202 .
[8]	张渝阳, 张雨晴, 毛全兴, 陈梓萱, 熊英. 真实问题为导向的教学方法在分析化学教学中的应用[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 17 -22 .
[9]	陈烨荣, 杨冰彬, 何星磊, 林雨琦, 叶克印. 酶定向进化实现有机硅化合物转化[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 121 -129 .
[10]	朱佩佩, 汪莉, 陈莉莉, 廖勋凡, 陈义旺. 基于知识图谱的分析化学智慧教学探索[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 23 -32 .
[11]	张文文, 张培超, 盖聪昊, 柴晓云, 邹燕, 赵庆杰. 在自然丰度下的动力学揭秘：¹³C NMR同位素效应实验[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 203 -207 .
[12]	王一诺, 刘子羽, 谭红霞, 童军, 徐大振. 溴代苯并噁嗪的合成——推荐一个由本科科研创新转化的综合有机化学实验[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 208 -216 .
[13]	庄淑婷, 赵丽达. 以学定教，融教于研——微塑料废弃物制备碳量子点的综合实验设计[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 217 -224 .
[14]	林峰, 靳忠欣, 李彩莹, 邵秤, 徐扬, 李芳泽, 刘思琦, 顾睿宁. 泡沫镍负载Ni (OH)₂-NiMoO₄电极材料的制备及其电化学性能[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 225 -232 .
[15]	杨鹰, 武泳含, 李紫瑄, 张露, 林荣沁, 张叶梵, 刘季铨, 宁晓辉, 李延, 崔斌. 基于Python语言的循环伏安法(CV)可视化仿真实验[J]. 大学化学, 2025, 40(10): 233 -242 .