内容发布更新时间 : 2024/5/12 13:50:04星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

材料物理与化学（080501）专业硕士研究生课程

教 学 大 纲

课程名称：量子化学计算机模拟（Computer Simulation of Quantum Chemistry） 课程编号：0805012F03 学 分：3 总学时数：54 开课学期：第2学期 考核方式：学习论文

课程说明：（课程性质、地位及要求的描述）。

《量子化学计算机模拟》是在学习了《结构化学》、《量子化学》之后，为物理化学专业硕士研究生开设的一门方向课，在每学年第二学期讲授。

如果说《结构化学》、《量子化学》还有更多的抽象，那么《量子化学计算机模拟》则直接对各研究体系进行可与实验对比的计算机模拟。近二十年来，随着计算机硬件和软件水平的迅速发展，计算化学已成为理论化学的重要分支，主要通过量子化学方法、分子力学方法以及分子动力学模拟来解决与化学相关的问题。目前，计算化学已广泛应用于化学及相关交叉学科的各个领域，迅速成为定量预测分子的结构、性质以及反应性能的有力工具。

本课程计划安排54个学时。采用授课与上机演习相结合的教学方法，使学生在较短时间内掌握当今国际流行的常用计算软件的原理、使用方法及技巧，着重培养同学们解决化学实际问题的能力。要求同学们通过本课程的学习，能对计算化学的原理和方法有一个初步的了解，并能够在化学合成、反应机理、生物、材料等各个领域中得到应用。

教学内容、要求及学时分配：

第一章 绪论

内容：

1.1 量子力学历史背景

1.2 21世纪的理论化学计算机模拟

要求：了解量子化学的背景知识、国际国内发展现状及其未来方向 学时：3

第二章 从头计算法的基本原理和概念

内容：

2.1 量子力学基本假设 2.2 定态近似

2.3 从头计算法的“头” 2.4 自洽场方法

2.5 变分法和LCAO-MO近似 2.6 量子化学中的一些基本原理和

概念

2.7 量子化学中的基本近似

要求：了解从头计算法的基础知识、计算化学中的一些基本原理、概念和近似。 学时：9

第三章 布居分析和基组专题

内容：

3.1 布居分析

3.2

基组专题

要求：理解基组概念及选择的原则，掌握布居分析的计算方法和基组的计数，了解

Mulliken布居分析的优缺点及改进的思路。 学时：6

第四章 计算方法简介

内容：

4.1 半经验方法 4.2 HF方法 4.3 Post-HF方法 4.4 DFT方法

4.5 精确模型化学理论方法——Gn

和CBS

4.6 激发态的计算——CIS和CAS 4.7 溶剂效应

要求：了解一些常用计算方法的基本原理及优缺点，重点掌握AM1、INDO、

MNDO/PM3、HF、MP、CI、CC、DFT、CAS、溶剂效应等方法的原理，掌握选择计算方法的思路和原则。 学时：12

第五章 常用量子化学软件介绍

内容：

5.1 Gaussian程序 5.2 Chemoffice程序

要求：掌握Gaussian、Chem3D、ChemDraw、Gaussview等程序的使用，能熟练运用

Gaussian程序进行一些量化计算，了解Xian-CI程序。 学时：4

第六章 量子化学对分子结构与性质的计算

内容：

6.1 理论基础简述——势能面、过渡态理论、频率计算及热力学校正、

IRC分析、Hammond假设 6.2 常用的热力学计算及性质分析 5.3 Gaussview程序

要求：掌握本章各理论基础，能对常用的热力学数据和性质进行理论计算。 学时：4

第七章 量子化学计算的一般步骤及技巧

内容：

7.1 稳定点的优化——OPT 7.2 过渡态的搜寻——QST、TS

7.3 过渡态的确证——IRC 7.4 势能面的扫描——Scan

要求：掌握量子化学计算的一般步骤和常用的技巧，熟练掌握各关键词的使用。 学时：4

第八章 量子化学计算实例

内容：

8.1 小分子反应机理的理论预测 8.2 C/C复合材料碳源前驱体的裂解 8.3 有机染料的光谱计算

要求：选择讲解一些量子化学计算的实例以扩大学生眼界，要求学生掌握其选题依据、

输入输出文件的读取、如何成文和讨论等思路。 学时：12

8.4 配合物的性质计算 8.5 煤自燃反应的模拟