DFT-D4色散能与距离扫描

下载本篇输入、完整脚本、数据与高清图。解压后在新目录运行，reference保存鸢算科技实际运行的参考结果。

1 从水分子开始#

DFT-D4给出密度泛函计算中需要加入的色散修正，单独运行不会得到完整DFT总能量。本例使用CP2K工具链中的独立DFT-D4 4.2.0 CPU程序，线性代数依赖OpenBLAS 0.3.33；2个线程即可运行这些小模型。下载包解压后执行下面命令，可一次运行本文及配套xTB、OVITO示例：

bash run.sh

也可单独执行D4。先把程序加入本次终端的PATH：

export PATH=/public/software/cp2k/deps/2026.2/p100/dftd4-4.2.0/bin:$PATH
export OMP_NUM_THREADS=2
dftd4 input.xyz --func pbe --charge 0 --json --grad

--func选择所配套泛函的阻尼参数，--charge是整个输入体系净电荷，--grad输出梯度。input.xyz第一行是原子数，第二行为注释，其余行为元素及Å坐标。完整水单体和7个双水模型已放在下载包reference/d4/d4-distance。

2 固定构型的距离扫描#

保持两个水分子的内部结构和相对取向不变，仅将第二个水沿x移动。这里的横坐标是O–O距离，不是优化后的氢键长度。单体D4能量为−0.000196920341437 Eh，定义色散相互作用修正为：

ΔE_D4 = E_D4(双体) − 2 E_D4(单体)。

这些数值只是总相互作用中的色散项，不能直接当作水二聚体结合能。若需要结合能，还需一致的电子结构计算、结构优化以及所需的基组或热力学校正。

3 输出单位和作图#

dftd4.json的能量单位为Hartree，梯度为Hartree/Bohr；力是梯度的负值。下载包脚本将能量换算为eV、力换算为eV/Å，并输出curve.csv与curve.png。客户换用自己的体系时，应保留原子顺序、总电荷和所配套的DFT泛函，重新生成各距离的XYZ。

参考：DFT-D4官方程序与命令说明。