说明：本文华算科技系统介绍了密度泛函理论（DFT）的基本概述、适用场景及其相关计算化学入门建议。DFT以电子密度为中心，通过Kohn-Sham方程求基态性质。
什么是密度泛函理论DFT
DFT（密度泛函理论，Density Functional Theory）是一种把电子密度作为中心变量来描述多电子体系的量子力学方法。传统的波函数方法要处理随电子数指数增长的复杂波函数，计算量很快变得不可行；
而DFT告诉我们：基态的能量和许多性质可以由三维的电子密度唯一决定。MD（分子动力学模拟）关注体系随时间演化的动力学行为，适合研究宏观尺度的动态过程；DFT关注体系的电子结构和能量性质，能预测材料的静态性质。
DOI:10.1021/cm050999v
实际计算通常用Kohn–Sham方案：把真实的相互作用电子体系映射到一个等效的非相互作用参考体系，通过解一系列单电子方程、自洽迭代地得到电子密度和总能量。
这样既保留了量子力学的核心（电子分布、交换与关联效应），又把计算复杂度大大降低，成为处理分子与固体的主力方法之一。
为什么密度泛函理论DFT直观且常用
通俗地说，DFT是把所有电子的复杂行为压缩成一张电子密度的地图：你不再同时跟踪每个电子的位置和自旋纠缠，而只看每个空间点上电子有多少。
优点很明显——计算效率相对高、对大多数化学键和结构能给出可靠描述、能直接得到电子分布（有利于理解反应位点、电荷转移等）。下图展示了使用DFT方法计算电子密度差CBM-VBM的三维（上图）和二维（下图）图。
DOI:10.1103/physrevb.99.115101
但要注意它也是基于近似：关键的交换–相关能是未知的，需要用近似泛函（如LDA、GGA、混合泛函、带范围分离的泛函等）来逼近，不同泛函对键能、激发态、弱相互作用或强关联系统的表现差异很大。
实践中常要加上色散校正（如D3）或使用更精炼的方法交叉验证，才能把DFT结果用得更安心。
计算化学中的应用与入门建议
在计算化学里，DFT被广泛用于几何优化、能量比较、过渡态搜索、振动频率与谱学模拟、电子密度与电荷分析、反应路径与自由能面、表面吸附与催化位点研究、材料的带结构与态密度计算等。下图展示了CO2合成CH3 CH2 OH的反应途径及利用DFT来计算计算反应能。
DOI:10.1016/j.chempr.2020.07.001
入门时的实用建议：1）从简单体系和标准例子学起，熟悉输出文件中的能量、力、频率与收敛信息；2）学会选择泛函与基组：有机小分子常用中等大小基组与混合泛函，固体计算通常用赝势和平面波；
3）注意自洽收敛、能量与力的阈值、是否需要自旋极化与电荷修正；4）对范德瓦尔斯相互作用、溶剂效应或强关联体系要有额外处理（色散修正、隐式/显式溶剂、或更高阶方法）；5）多做对比：用不同泛函、不同基组或更高精度方法交叉验证，必要时与实验数据对照。
常见软件有Gaussian、VASP、CP2K等，但更重要的是理解物理意义与近似的局限。掌握DFT后，你不仅能计算结构与能量，还能通过电子密度直观地解释化学反应与材料性质——这正是DFT在计算化学中成为核心工具的原因。
总结
密度泛函理论（DFT）以电子密度为核心，通过Kohn–Sham把多体问题化为自洽单电子方程，保留量子本质同时降低计算成本。
DFT常用于预测分子与固体的结构、能量、电子分布，应用于几何优化、过渡态搜索、频谱模拟、表面与催化研究。关键是选择合适的交换–相关泛函与基组，处理色散、自旋与强关联问题，并用其他方法或实验验证结果。
