Way to the science

VASP-多相催化基元反应过渡态计算

写在前面:
目前集群的利用VASP版本为6.3.2,支持并行计算,具体可利用sifs命令可查询。其中带有VTST版本的是由Henkelman Group 开发的使用 VASP 代码计算过渡态的脚本和模块,有利于过渡态的计算工作。
利用VASP计算过渡态的方法有NEB (nudged elastic band)、CI-NEB (climbing image nudged elastic band)、DIMER、IDM (improved dimer method ),具体方法的适用范围、优缺点可看官网讲解和相关理论书籍
https://www.vasp.at/wiki/index.php/Category:Transition_states
https://theory.cm.utexas.edu/vtsttools/neb.html

一、CI-NEB

CI-NEB计算过渡态的优点是更精确,但更耗时。

CI-NEB计算具体的INCAR参数设置如下,其中关于优化器Optimizer的选择可根据IBRION、POTIM、IOPT三个参数设置
#CI-NEB##
IBRION = 1
POTIM = 0.2
IMAGES = 4
SPRING = -5.0
ICHAIN = 0
LCLIMB = .TRUE.
如上所示IOPT=0,或者不写,是使用IBRION指定的VASP优化器,POTIM也可调小至0.15或更小,但当收敛速度会更慢一些。
IBRION = 3
POTIM = 0
IOPT = 1\2\3\4\7\8
IMAGES = 4
SPRING = -5.0
ICHAIN = 0
LCLIMB = .TRUE.

IBRION = 3,POTIM = 0,表示关掉VASP中自带的优化器,使用VTST中的优化器,IOPT=1\2\3\4\7\8表示使用VTST中不同的优化器,具体区别氢参考官网。

## 一些经验/可能会遇到的情况:
(1)一般来说,建议先使用IOPT=3,普适性更强。使用IOPT=3时,可能会遇到力常数,即EDIFFG,过大的情况,大于1或者达到十几,此时建议减小TIMESTEP,可调整至0.05/0.01
(2)CI-NEB中并非插值越多越好,过多的IMAGE数并不一定能够加快收敛,相反会大大降低计算速度
(3)脚本使用,建议将vtstscripts这一脚本包装在个人目录下,既方便准备输入文件,插值IMAGE,也便于利用相关脚本随时查看收敛情况,计算结果等(nebef.pl/nebresult.pl ....)

二、DIMER

DIMER需要给定过渡态初猜结构,若是初猜给的不准、不接近真实过渡态,计算结果往往偏离想要的过渡态结构。因此不建议直接使用DIMER算法计算过渡态,可先利用CI-NEB进行预收敛后再利用DIMER算法。具体操作为先利用CI-NEB在较低精度进行收敛,选择能量较高的那个结构作为DIMER的初猜进行计算。在准备MODECAR时,可利用脚本生成,也可将初猜的过渡态先进行频率计算,选择想要的合理那个虚频对应的振动模式,即OUTCAR中f/i中dx、dy、dz三列作为MODECAR进行计算,这样更有利于收敛。目录中没有MODECAR文件不会无法提交作业,而是会在计算很长时间后报错。

IBRION =  3            (do MD with a zero time step)
POTIM  =  0            (Zero time step so that VASP does not move the ions)
ICHAIN =  2            (Use the dimer method required for the latest code)
DdR    =  0.005        (The dimer separation, twice the distance between images)
DRotMax  =  1          (Maximum number of rotation steps per translation step)
DFNMin =  0.01         (Magnitude of the rotational force below which the dimer is not rotated)
DFNMax =  1.0          (Magnitude of the rotational force below which dimer rotation stops)
IOPT   =  2            (CG = Conjugate Gradient)

以上是采用DIMER算法时相关参数设置,仅作参考,具体可根据个人需求和体系调整

三、经验

结构不理想、不收敛、收敛慢、力常数异常…
(1)总体来说,过渡态计算非常费时且煎熬,不用死磕某一方法,CI-NEB和DIMER结合起来用,效果好一些。当结构明显不对时,及时取消任务,重新调整结构再提交,避免浪费计算资源和时间。
(2)收敛较慢,可尝试调整POTIM/NELMIN, 也可先用低精度计算,再提高精度以获取更准确的能量信息。但同时也有可能出现低精度收敛的结构在高精度无法收敛了,需要重新调整结构计算。无论怎样,都要保持计算精度一致性,数据才有意义。
(3)力常数异常,可调整TIMESTEP/INVCURV等参数。
(4)多看相关论坛的讨论、多尝试

四、学习资源/使用工具

(1)VTST上的脚本包:vtstscripts
(2)https://theory.cm.utexas.edu/vtsttools/scripts.html
(3)https://www.vasp.at/wiki/index.php/Category:Transition_states
(4)https://youtube.com/@dbinfotech?si=1Qg6ZewupEZMRvsl
(5)http://bbs.keinsci.com/forum.php

Leave a comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *