每月初，创腾科技材料科学模拟技术部都会通过微信公众号定期总结Materials Studio用户在软件使用过程中产生的一些具有代表性的问题。基于我们的工程师团队在分子模拟领域内十多年的经验，定期为大家带来实实在在的技术干货分享。
除此以外，创腾科技还将一如既往地持续推出针对具体模块的操作教程，应用案例，行业解决方案分享以及免费的在线视频讲座。希望大家持续关注并转发我们的公众号文章，让更多的人都能够及时掌握到由我们创腾科技所提供的最新最快的Materials Studio相关资讯。
本月的技术干货Q&A分享我们将给大家带来：
l 天然气（甲烷）水合物模型的搭建流程
l 利用脚本分析体系中的氢键
l 利用脚本统计体系中的化学键名称与长度
l 如何解决文件名称太长，影响任务提交与计算？
l 本机计算提示“此计算机无法与提供服务器的计算机进行通信”如何解决？
l 如何计算晶体轨道重叠布居（COOP）和晶体轨道哈密顿布居（COHP）？
1、甲烷水合物模型的搭建
A：2020年3月26日新京报快讯报导，我国海域天然气水合物（即“可燃冰”）第二轮试采日前取得成功并超额完成任务。在水深1225米的南海神狐海域，试采创造了“产气总量、日均产气量”两项新的世界纪录，实现了从“探索性试采”向“试验性试采”的重大突破。
那么用分子模拟方法如何来研究这种天然气水合物呢？这里我们首先从模型说起，帮助大家利用Materials Studio软件来搭建甲烷水合物模型？
1. 查阅资料找到I型甲烷水合物的结构信息（空间群，晶格参数以及原子坐标）：
空间群：PM3N(NO.223) a=11.18932 Å
原子坐标信息表
2. 通过build crystal建立晶胞并使用add atoms在晶胞中添加原子；
Notes：如果按照表中的数据添加，我们通过properties面板会发现H原子的occupancy是0.5。这意味着模型中的一个H原子仅代表半个H原子。所以目前所建立的体系中各原子的化学计量比是合理的，但是原子数目是不对的——每个O连4个H！所以在建模时，我们暂时不添加H，只添加O原子以及C原子（也就是水笼子中心center坐标）；
按照上述的方法搭建出来的模型如下所示：
3. MS面板上有自动加氢按钮
，这样就可以一步到位完成H的添加；
Notes：自动加氢倒是很方便，绕开了繁琐的手动添加H。你以为这样就完成建模了嘛？Not yet！现在建出来的模型完全不是水合物该有的样子好吗？别急，通过接下来的一系列的操作呢，你就可以得到下图这样的漂亮的水合物模型了！
4. 选中体系中所有C和O原子（按住alt，双击相应原子即可选中同类原子）；点开菜单栏中Modify->Constraints，将选中的C和O的笛卡尔坐标固定住，如下图所示；
5. 点开Forcite Plus模块Calculation计算面板，Task选择几何优化任务，不优化晶胞，精度fine，力场CVFF，静电求和方法Ewald（VIP - Very Important Parameter）；
6. 结构优化完成后（如果优化后C、O骨架的结构不理想，就提高精度多优化几次），再点击按钮
计算氢键，这样就可以在结构图中呈现下图中蓝色的点划线（氢键）了；
7. 到这儿，大家就能够将I型甲烷水合物模型给成功搭建出来了。（是不是还挺有成就感的呢？）
Last but not least：看似简单的甲烷水合物模型搭建却处处暗藏玄机。完全依赖于软件进行建模也并没有我们想象中那么简单，更别说天然气水合物的研究与开采工作，在此，致敬在一线奋战的科研工作人员。
2、利用脚本分析体系中的氢键
A：1. 首先需要对体系创建氢键，打开模型体系，点击
按钮；在这里我们用甲烷水合物的五边形围成的水笼子结构；统计一下这里面的氢键的长度与数量；
2. 点击软件菜单栏中File->import->examples->scripting->HBondStats.pl，将脚本文件与水笼子结构文件放到一个文件夹中，将脚本中17行中文件名改成水笼子结构文件名；
3. 点击
debug运行脚本（对于大体系用右边的Run On Server），计算完成之后可以得到一个表格文件，里面记录了氢键的数量、最小长度、最大长度以及平均长度；
4. 选中B列氢键的长度，点击快捷工具
plot快速作图，我们可以从表格的角度看出水笼子体系中氢键的长度范围。
3、统计体系中的化学键名称与长度
对于一个简单的体系比如团簇模型，我们应该如何分析构型优化前后键长的变化情况呢？在所研究的模型包含原子数不多的情况下，首先我们会想到可以借助
键长测量工具挨个测量。但是一个个数，一个个量，数到眼睛都花了还有可能算错。费时费力还不准！简直劳民伤财，要是遇到下图这样的模型，你还能手动去数吗？
有没有什么神仙方法可以快速进行统计呢？答案是肯定的！！！利用下面的脚本就可以方便快捷完成这个工作！
1. 新建.pl文件，并将上图中的代码一字不差敲进去并保存；（建议大家动动小手，手动输入上述内容，输入的时候顺带琢磨一下每一行代码都是什么意思？）
2. 将刚才制作的.pl脚本与想要研究的结构文件放在一个文件夹中，并且修改脚本中第8行中相应的结构文件名称；
3. 点击脚本运行按钮
（Tools->Scripting->Debug）;
4. 计算完成后将会得到一个表格文件，其中记录了化学键的数量、名称与长度；
帮你省了这么多时间就不用谢我了，关注转发创腾科技就行！
4、文件名称太长，影响任务提交与计算怎么办？
A：Windows系统对于文件名称长度是有限制的，小白用户常常会使用软件默认的文件夹命名规则进行计算。使得文件夹层层检讨，终于有一天，计算机报错了！无法正常递交任务！为了从源头上避免这种情况我们可以修改软件的默认命名规则。
点击Tools->Options，对里面的大小写进行修改，大写为保留全部名称命名，小写为简称；也可以根据自己的喜好大小写搭配；
（n->name; m->module; t->task）
5、使用自己的电脑计算提交任务，系统提示“此计算机无法与提供服务器的计算机进行通信”？
A：相信这个问题所有做过MS计算的人多多少少都会遇到过。
1. 软件中缺少MS gateway：右键管理员身份运行MS的安装包进行修复安装（Repair）；
2. MS gateway安装了但是没有正常启动（可能管家之类的软件加速时候关掉的）：
解决方法：
1. Tools->Server Console，右击Server Management后Restart；
2. 鼠标右键我的电脑->管理->Materials Studio Gateway；
6、如何计算COOP和COHP？
A：最新版的Materials Studio 2020中的Dmol3模块能够计算晶体轨道重叠布居（COOP）和晶体轨道哈密顿布居（COHP）。COOP与COHP主要可以用来分析体系中原子或原子团之间的反键成键信息来进一步说明化学键的强弱与体系的稳定性。可以更好地应用于过渡金属材料以及半导体相变材料的研究。
Crystals, 2018, 8(5): 225.[1]
原理简介：
COOP(crystal orbital overlap populations)：
晶体轨道重叠布居 COOP也被称为是重叠布居权重态密度 (overlap population-weighted density of states)。
Ø 重叠布居是对于键级的一种近似度量。重叠布居为正值，即成键)；若为负值，则反键。
Ø 将重叠布居乘以相应态密度，就可以得到COOP。
Ø 对COOP费米能级以下部分的积分值可以理解为两个原子之间共享的成键电子的数目，在一定程度上可以反映出键强度的大小。COOP可以很好地研究周期性体系中的局域化学键性质。
Ø 但它对于所使用的基组有较强的依赖性，所以之后又发展出了COHP方法。
COHP(Crystal Orbital Hamilton Populations)：
COHP的原理在Richard Dronskowski和Peter E.Blochl于1993年发表的文章[2]中有详细的推导。
Ø 简单来说就是把COOP中的重叠布居矩阵用哈密顿矩阵代替。将哈密顿矩阵乘以相应态密度，就可以得到COHP （H->Hamiltonian）。
Ø COHP由于考察了能量项，对于能量为负的贡献可以看成是成键态（使总能下降）；数值为正，说明化学键的反键态（使总能上升）。
Ø 通过观察费米面以下成键态与反键态的分布情况，还可以进一步说明化学键的强弱与体系的稳定性等信息。
参考文献：
[1] Crystals, 2018, 8(5): 225.
[2] The Journal of Physical Chemistry, 1993, 97(33): 8617-8624.
[3] The journal of physical chemistry A, 2011, 115(21): 5461-5466.
(具体的COOP/COHP操作应用案例会在后续的技术文章分享中带来)
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