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Qeq方法和从头计算法对比研究聚乙烯链的电荷分布问题

余翔  杨小震  
【摘要】:在分子力学和分子动力学模拟中,计算分子中各原子上的电荷分布是一个十分重要的步骤,特别是在研究极性分子时,电荷分布的准确程度对于模拟结果有很大的影响。计算电荷分布有很多种方法,如Gasteiger方法、Qeq方法、量子力学半经验算法和从头计算法等,也有部分力场自带了电荷分布信息,如OPLS力场。这些方法的计算速度和所得结果的准确程度有较大的差别,Gasteiger方法的速度最快,但准确程度最低,从头计算法最为精确,但耗时也最长。Qeq方法和半经验算法的准确程度介于前两者之间,但在计算速度上,Qeq方法快于半经验算法。从综合的角度来看,在对拥有数百个至数千个原子的体系进行分子力学或分子动力学模拟时,Qeq方法是一种计算耗时和准确性较为平衡的算法,它的计算时间复杂度为T(n)=O(n~2)。本工作采用Qeq方法对含有450个原子的聚乙烯链进行了电荷分布的计算,将得到的结果与用Gaussian03(DFT,6-31G)计算得到的结果进行了对比。通过对比可以发现,两者计算得到的电荷分布整体趋势相同,并且Qeq方法得到的单个原子电荷的绝对值约为从头计算法所得结果的4倍,准确程度不及从头计算法,但比Gasteiger法精确得多。在计算时间方面,Qeq方法的计算速度约为从头计算法的30至50倍左右。因此,对于需要实时计算电荷分布的分子动力学模拟,Qeq方法是更为有效的方法。

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