CP2K专题

CP2K泛函、自旋与带电分子

实际运行LDA、BLYP、PBE0、D3、水阳离子和三重态氧气。

更新于 2026-10-28约 3 分钟阅读按任务与环境选择适用配置

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下载20份完整输入、真实输出、网格和绘图脚本。在已分配的CPU资源中运行 bash run.sh 示例名称；输出在 work/示例名称/，原结果在 reference/。不修改公共软件、不自动提交任务；正式提交流程参见CP2K入门。

1 按名称运行同一水结构#

bash run.sh water-blyp
bash run.sh water-lda
bash run.sh water-pbe0
bash run.sh water-pbe-d3

方法	总能/Hartree	原子表示
PBE	−17.219570730132	GTH-PBE
BLYP	−17.210432918111	GTH-BLYP
LDA/PADE	−17.177256603672	GTH-PADE
PBE0	−17.212657423784	本例沿用GTH-PBE
PBE+D3	−17.219574360150	GTH-PBE

本资料包的PBE0示例采用EPS_SCF=1E-9、EPS_SCHWARZ=1E-10，运行脚本为它固定单线程；两次独立单线程对照总能一致。其他算例按分配的线程设置运行。

不同方法的绝对总能不能作为准确度排序。尤其LDA、BLYP示例匹配相应GTH势，能量零点也有区别；比较实际反应时应对所有反应物/产物使用一致方法。

SCF算法与不同泛函对照

2 PBE0混合泛函需要HF部分#

除了 XC_FUNCTIONAL PBE0，本例XC中包含：

&HF
 FRACTION 0.25
 &SCREENING
  EPS_SCHWARZ 1E-8
 &END SCREENING
 &MEMORY
  MAX_MEMORY 512
 &END MEMORY
 &INTERACTION_POTENTIAL
  POTENTIAL_TYPE COULOMB
 &END INTERACTION_POTENTIAL
&END HF

这里是非周期分子示例的Coulomb处理。周期大体系、截断库仑和ADMM需要相应设置与辅助基组，不能直接把这段输入当作已完成这些方法的替代。

3 D3是XC中的色散部分#

&VDW_POTENTIAL
 POTENTIAL_TYPE PAIR_POTENTIAL
 &PAIR_POTENTIAL
  TYPE DFTD3
  PARAMETER_FILE_NAME dftd3.dat
  REFERENCE_FUNCTIONAL PBE
 &END PAIR_POTENTIAL
&END VDW_POTENTIAL

放在XC段内，匹配参考泛函。单个小水分子的差值很小，不能用这个体系来评价分子间色散或吸附体系的D3效果。

4 水阳离子：电荷与多重度配套#

bash run.sh water-cation

DFT中增加：

CHARGE 1
UKS .TRUE.
MULTIPLICITY 2

PBE/GTH水的中性价电子数8，正一价阳离子为7，取双重态。保持相同中性结构，本次阳离子总能−16.752549977993 Hartree，与中性差得到垂直电离能约 12.70828 eV。

这里未松弛阳离子结构，因此不是绝热电离能；没有加入零点能或更高等级电子相关修正。孤立边界和盒长也应按目标精度检查。

5 三重态O2#

bash run.sh oxygen-triplet

DFT中 UKS .TRUE.、MULTIPLICITY 3；两个O距离1.22 Å，KIND O给初始 MAGNETIZATION 1。本例有12个GTH价电子，输出α/β为7/5，差为2，总能−31.928265811066 Hartree。

初始磁化是帮助收敛的起点，多重度约束和最终占据还需核对；把初始MAGNETIZATION设为1不等于最终每个原子恰好有1 μB。

6 先看电子收敛再解释化学#

grep 'SCF run converged' work/oxygen-triplet/output.log
grep 'Total charge and spin' work/oxygen-triplet/output.log
grep 'ENERGY|' work/oxygen-triplet/output.log

有多个电子态时应使用合适初始猜测并比较相同几何、相同方法下的态。不要把不同泛函、不同电荷或不同自旋的总能直接混成一张稳定性排名表。

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