课程简介

本期课程为MS零基础课程，Materials Studio电池计算专题课程、光电热催化计算专题培训、半导体计算专题课程。课程中，华算科技杨站长已将Linux障碍全部移除，把Materials Studio的优势发挥到底，全自动化实现个人电脑与超算间的交互。

课程内容

二、Materials Studio界面的基本操作

工程文件架构，结构文件的导入和导出，结构参数性质查看，掺杂、合金、笛卡尔与分数坐标，部分结构的旋转与平移基本操作，以及用于文章的结构图制作。

本专题目的在于掌握Materials Studio基本的操作以及结构显示的不同⽅式，为后续建模、计算打下基础。

三、晶体学理论基础

晶体学知识是建模的基础，也是选取掺杂位点、表⾯吸附位点，理解性质计算中的光学各向异性、弹性矩阵、红外拉曼光谱的根据。

本专题将为⼤家讲解课程中所涉及到的材料科学基础知识，周期性与对称性，点阵，惯用胞与初基胞，基⽮，晶向与晶面，对称操作、点群与空间群，晶体内部部对称要素。

四、三维晶体模型建模

三维晶体模型搭建与导⼊：三维晶体结构通过输⼊坐标搭建，化学键与氢键连接的设置方法；从数据库中查找、选取与导入晶体结构。

五、表面与吸附模型建模

表面（如CeO2(111)）与吸附模型搭建：切表面、层厚、层数、切断处、超胞大小、原子层固定、UV向量如何设置及其原因；吸附位点与构型，分子吸附与解离吸附；固液界面的搭建。

手把手带大家进行经典文献中模型的重现，通过最简单的操作快速实现金属、金属氧化物表面及固液界面的搭建。

六、二维材料及其复合模型建模

二维材料（如MoS2，石墨烯/g-C3N4等层状材料）模型搭建：晶格匹配与不匹配情况下的异质结构搭建，AA/AB Stacking, 魔角石墨烯，晶格基矢变换，晶格旋转，根号格子。

手把手带大家快速实现二维单层材料及其复合模型的搭建操作，以及采用“走象棋”法从晶体学角度解释搭建过程中的参数设置。

七、纳米管、团簇模型建模

纳⽶管、团簇的模型搭建：手把手带大家搭建单壁/多壁纳米管、团簇，了解管的折叠方式与手性、团簇的半径、基⾯与形状、核壳结构、相分离结构、合金结构。

八、有机分⼦、聚合物结构模型建模

有机分子、聚合物结构模型搭建：手把手带大家采用Materials Studio中的sketch与build polymer工具，进行对有机分子、聚合物的搭建。

九、复杂二维COF结构建模

2D-COF结构的分⼦模拟辅助PXRD建模根据PXRD数据与连接单元的少量已知信息，在原⼦坐标未知的情况下，手把手带大家巧用Materials Studio中强大的sketch与build polymer工具构建复杂的⼆维COF结构。

十、MS的网关连接

MS Windows客户端用来搭建模型与设置参数，以及做简单的测试计算，但能够发文章的计算往往是在Linux服务器上完成的。

两者之间可通过网关巧妙地连接起来，只需要在Windows客户端点一个“Run”就能自动实现超算上的并行计算，无须学Linux。

十一、密度泛函理论DFT、k空间的意义

为大家介绍分子力学、量子力学两大分子模拟方法的区别与适⽤范围，密度泛函理论框架，LDA/GGA、电子自洽循环、电子步、离子步不收敛的解决办法，k空间、第⼀布里渊区、能带、态密度的物理意义，截断能、k点密度、结构优化四个收敛参数的物理意义及设置方法，收敛性测试方法。将使大家了解后续DFT计算中电⼦自洽循环所涉及参数的物理意义、设置依据。

十二、外力、缺陷对⼆维材料电子性质的影响

针对单层材料在拉力及压力下的带隙变化这⼀科学问题，结合能带理论与无机化学知识，对态密度、能带结构，原子电荷、共价键与离子键、轨道成分、电荷密度、晶体轨道重叠/哈密顿布居COOP/COHP进行分析，从而找到现象背后的本质原因。

将使大家熟练掌握相关文献中对电子性质的分析方法，使文章更上⼀层楼。

十三、晶体性质计算与分析—光学性质

介电函数实部与虚部、反射率、吸收系数、折射率、能量损失函数计算。

带大家了解介电函数的计算流程与其它光学性质的计算方法。

十四、晶体性质计算与分析—弹性性质

弹性性质— 弹性常数矩阵意义、体弹模量、剪切模量、泊松比、杨氏模量。

让大家了解弹性性质在CASTEP中的计算与分析方法。

十五、振动性质、热力学性质

声子性质—声子谱及声子态密度的计算方法，DFPT与冻声子法，红外拉曼活性，振动模式分析，固态相变，晶体稳定性判据，案例分析。热力学性质的计算，简谐与准谐近似、非谐效应。

将使大家熟练掌握热力学性质的分析方法，热膨胀的起源，催化反应中的振动性质对自由能贡献的计算方法，相关文献中对晶格动力学性质的分析方法，以充实⽂章中理论部分的内容。

十六、晶体表⾯功函数计算

表面的构建，表面能计算，结构迟豫与结构重构，功函数的物理意义，表面的静电势与功函数计算。

了解表面与晶体结构之间的差异，掌握异质结构两端表面功函数的计算手段。

十七、小分子在表⾯的吸附

表面吸附小分子结构的构建与优化、吸附能，差分电荷密度，STM图。

掌握如何判断吸附位点、模拟吸附构型，了解吸附分子间的相互作用，催化中与吸附相关的概念和理论分析方法。

十八、LST/QST过渡态搜索

解析催化、电池领域的案例，热力学与动力学的竞争。

带⼤家了解过渡态理论中的基本概念，掌握反应路径创建，能垒计算，过渡态搜索、确认，虚频消除，掌握化学反应中激活能的计算方法。