The “PCCP 2023 Emerging Investigators” paper for many-body energy decomposition analysis is published on PCCP!
基于目标状态优化自洽场 (TSO-SCF) 方法的多体能量分解分析 (MB-EDA) 方案
MB-EDA的相关概念
该方法可用于研究分子团簇系统中的合作与反合作效应。
基于目标态优化自洽场（TSO-SCF）方法，分子间相互作用能可分解为五个具有化学意义的项：
- 静电相互作用
- 交换相互作用
- 极化作用
- 电荷转移
- 色散相互作用能
多体能量分解分析（MB-EDA）：通过多体展开（MBE），可以进一步将上述每个能量项分解为不同体数的贡献（如一体、二体、三体等）。 这意味着MB-EDA方法不仅可以分解总体相互作用能，还可以细化到每个化学项的具体多体贡献。
MB-EDA方法的应用
在将MB-EDA方法成功加入Qbics软件程序之前，该方法就已成功应用于3种不同的团簇系统：
- 水团簇
- 离子液体团簇
- 乙腈-甲烷团簇
在本论文中，使用Qbics软件程序对这三种不同的团簇体系进行了进一步的理论计算。
使用Qbics软件程序中的MB-EDA方法对水团簇进行理论计算（自论文原文中提取）
在本博文中，主要介绍在Qbics软件中，通过MB-EDA方法对6-13聚体的水团簇系统的相互作用能量进行的理论研究，其中，六聚体水团簇重点分析了四种不同的异构体，分别为笼状（Cage）、棱柱（Prism）、书本状（Book）以及环状（Ring）。
图1. 六聚体和 7-13 聚体的水团簇的几何结构（此处引用已有参考文献中的团簇结构）。
图2. 6-13个单体水簇的 MB-EDA 计算结果。计算方法为 B3LYP-D3(BJ)/aug-cc-pVTZ，能量单位为 kcal/mol-1
- 几何结构的影响：
- 几何结构显著影响着水团簇的相互作用能量，尤其是氢键的数量和排列方式对总相互作用能量起着关键作用。结构中氢键的形成和分布直接决定了系统的稳定性和能量特征。
- 二体和三体能量的贡献：
- 大部分相互作用能量（静电、交换和色散）主要由二体能量贡献，这些能量是成对加性的。
- 在极化和电荷转移效应中，三体能量也发挥着重要作用。然而，随着系统规模的增加，三体能量的影响逐渐减小