VASP教程 |VASP结构优化计算：从原理、参数设置到收敛性分析

VASP结构优化原理

结构优化的核心目标是通过调整原子位置或晶格参数，使体系的总能量达到最小值。在VASP中，这一过程通常通过迭代算法实现，例如共轭梯度法（Conjugate Gradient）或准牛顿法（Quasi-Newton）。优化过程中，系统会根据当前的原子力和能量变化进行调整，直到满足预设的收敛条件（如能量变化小于设定值）。

结构优化的理论基础是密度泛函理论（DFT），其核心是通过交换-相关泛函（如GGA或LSDA）来描述电子结构。在VASP中，常用的交换-相关泛函包括Perdew-Wang 1991（PW91）和PBE等。这些泛函通过近似描述电子之间的相互作用，从而计算体系的总能量和结构。

准备工作

VASP计算需要准备超算连接软件EASYCONNECT与SSH，建模软件VESTA，以及VASP的输入文件INCAR，KPOINTS，POTCAR

VESTA软件下载链接

jp-minerals.org/vesta/en/download.html

EASYCONNCT软件下载链接

EasyConnect下载-EasyConnect最新版下载V7.6.7.0

Winscp软件下载链接

Downloading WinSCP-6.5.3-Setup.exe :: WinSCP

VASP输入参数

INCAR文件：

ISTART=0 #开始新的任务,随机产生初始波函数

ICHARG=2 #开始新的任务,从原子电荷密度产生体系初始电荷密度

PREC=M #计算精度，决定ENCUT

ISPIN=2 #打开自旋极化

ALGO=N #确定电子优化的算法

NELM=60 #电子波函数最多计算60步

EDIFF=1E-5 #相邻两步电子迭代的能量差收敛标准

ENCUT=400 #平面波截断能400 eV

IVDW=11 #考虑范德华力修正

IBRION=2 #共轭梯度算法，适用于结构优化

NSW=100 #离子弛豫的步数

ISIF=2 #固定晶格优化原子坐标

EDIFFG=-0.1 #离子弛豫的force的收敛标准

ISMEAR=0 #费米能级附近电子占据数为高斯分布，适合金属、半导体、绝缘体

SIGMA=0.1 #高斯分布展宽0.1 eV

LORBIT = 10 #局域态密度

KPOINTS文件：

Automatic generation #注释行

0 #自动产生K点网格

G #布里渊区K点网格以Gamma点为中心

6 6 1 #K点网格密度

0 0 0 #K点网格中心平移矢量

Pt吸附H2O构优化计算

第一步，进入pt计算文件夹

cd crystal/pt

将结构优化pure文件夹复制成H2O吸附文件夹

cp -r pure h2o

进入h文件夹

cd h2o

第二步，添加H2O分子并优化结构

vi POSCAR

添加O和H原子赝势

通过sbatch JOB命令提交计算任务，

sbatch JOB

第三步，用VESTA查看计算输出文件CONTCAR

在winscp软件中找到结构优化路径，将计算输出的CONTCAR文件下载

用VESTA软件打开刚才下载的CONTCAR文件

今天华算科技朱老师给大家介绍 Pt 001 吸附H2O的结构优化计算。之前我们对Pt的 001 面做了一个建模和优化，用的是 pure 文件夹，这里把 pure 变成h2o，在这个基础上吸附一个水。来看一下POSCAR，把这个结构下载下来，看一下大概长什么样，然后在这里把水分子模型给它添加上去。

在 pure 文件夹中下载POSCAR，然后用 VESTA 打开，大概是这样，可以加在表面原子的任何一个上方，那就把它加在这个第3号铂原子的正上方，水分子的话把O放在Pt的正上方，2.5 A 左右，那一般吸附的距离在 2.5 到 3.0 之间，如果不成键的话。然后两个H是这样子V 字型的一个展开。这边首先写上O和H的原子个数，然后我们用第三个Pt原子，这个O原子在它的上方2.5，那么这个数改成4.4，H在这个O的上方，然后它是 V 字型展开，我们 V 字型用 90 度夹角，正常是一百零几度， 90 度方便一些，那 OH 长度是1.0，那么 45 度投影就是0.7，所以 z 坐标都加0.7，然后 x 坐标一个加0.7，一个减掉0.7，这样模型就做好了。把它下载看一下，没有什么问题，然后补上这个O的赝势，我们再检查一下，Pt、O、H的赝势都有了，提交计算任务。

本文干货内容由拥有15年VASP实战经验的华算科技朱老师（同济大学本博、深圳海外高层次人才）撰写，👉欢迎点击进入《VASP结构优化计算专题》探索更多深度教程。

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