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主讲人介绍：清华大学博士，长期从事表面催化和材料计算研究，对量化计算，第一性原理计算，分子动力学模拟有五年研究经验，精通 VASP，CP2K，Gaussian，ORCA熟练使用 JDFTx，Gromacs，ADF 等计算程序。近五年发表7篇一区一作文章。在表面催化，电催化，电池材料，过渡金属配合物等领域发表多篇文章。在JACS，Nat. Commun. ，ACS Catal.，Nano Energy, Natl. Sci. Rev. 等期刊上以第一作者发表纯理论计算文章，并与实验科学家合作在 Nat. Nanotech., Nat. Commun., PNAS，Adv. Mater., JACS 等期刊上发表多篇合作文章。
Google Scholar:
https://scholar.google.com/citations?user=hAkSR2wAAAAJ&hl=en
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1. 理论基础
第一性原理计算概述
第一性原理计算发展历史，历史引用，第一性原理计算的分类与应用。
计算研究思路原文解析例：
非铅双钙钛矿材料研究计算：Nature, 563, 541–545 (2018)；
J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, 1, 43-48；
表面性质计算研究思路：
Nat. Catal.，2018, 1, 63；
Nature 2019, 565, 631-635.
Nat. Commun., 2018, 9, 1610.
Nature 2019, 565, 631-635
原文解析。
理论基础
量子力学概要，原子单位制，单位转化，狄拉克符号，算符，本征值(Eigenvalue)与本征函数(Eigenfunction)，动量算符，动能算符，哈密顿算符，相对论效应，含时薛定谔方程，波函数的物理意义，概率密度，稳态薛定谔方程，Born-Oppenheimer (BO) 近似，变量分离，变分原理，HF(Hartree-Fock)法，单电子近似，Fork 算符 Fork 方程，求解 Hartree-Fork 方程，自洽场(self-consistent field, SCF)迭代，波函数的形式，基组，LCAO，HF方法的缺陷，交换相关，库伦相关，交换关联穴，相关穴，后HF方法。
密度泛函理论(DFT)，Hohenberg-Kohn 定理，Kohn-Sham 理论，Kohn-Sham方程，交换相关泛函，LDA, GGA, meta-GGA, hybrid functional的形式和优缺点。自旋极化，Restricted、Unrestricted，晶体结构和固体理论，布拉维晶格（ Bravais lattice），七种晶系，晶胞与晶体结构的表示，素晶胞，（primitive unit cell）和 惯用晶包 (conventional unit cell)，32种点群，Schoenflies notation，Hermann–Mauguin notation，230种空间群，搜索晶体结构数据，CIF文件，ICSD，CCDC，COD，Materials Project，AMCSD，固体理论简介，布洛赫定理(Bloch’s theorem)，傅里叶级数(Fourier series)，周期性边界条件，波矢，平移不变性证明，倒易空间(Reciprocal space)，布里渊区(Brillouin zone)，K点，布里渊区对称性，高对称点，
第一性原理计算程序和学习方法
计算程序选择/介绍/特色/优缺点：
第一性原理计算程序：VASP，CP2K，Quantum-Espresso，SIESTA，CASTEP，Dmol3，ABINIT，wien2k，ADF-band，ATK，PWmat，JDFTx，等
量子化学程序：Gaussian，ORCA，ADF，NWChem，Molpro，Molcas，Turbomole，Q-chem，ADF，等
分子动力学模拟：Gromacs，Lammps，Amber，CHARMM，GULP，等
可视化和建模程序选择：MS，Vesta，Jmol，Gaussview，VMD。
后处理程序选择介绍：VASPKIT，qvasp，p4vasp
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2. 超算服务器的使用实战
•Linux权限的概念
•Linux基本命令
•Linux系统特殊字符
•vi的使用基础
•Linux建议的文件目录管理方法
•队列系统的使用（pbs，lsf，slurm，天河改的slurm）
•如何在超算上编译VASP
如何在自己的机器上编译VASP
如何编译更多功能VASP(VTST, vaspsol, 选择性优化晶胞矢量, ssNBO, ssAdNDP)
3. VASP的输入文件
INCAR，KPOINT，POTCAR，POSCAR，这四个文件的详细解读，和操作方法，包括: INCAR，KPOINTS 文件的生成方法，选取K点的原则，自动生成k点方法，POTCAR 的生成方法，不同赝势文件的选取，赝势方法的基本原理。POSCAR 结构文件的生成方法，分数坐标，笛卡尔坐标。
4. VASP的输出文件
VASP 输出文件：输出文件的分析，OUTCAR，OSIZCAR，stdout，CHGCAR 文件详解，其他输出文件的详细解读。
5. 建模
模块介绍，界面和功能，建模模块的功能和使用，切面加真空层，建立带根号的表面模型 (旋转晶格矢量)。
- 实例一，构建 Na(111)/graphene 异质结，
- 实例二，文献重复：构建 g-C3N4/TiO2 的界面材料，
- 实例三，gamma-Al2O3(010) 模型的构建，
- 实例四，alpha-Al2O3(0001) 面的构建和悬挂基团的选择，
- 实例五，异质结建模方法，
- 实例六，GaN/MoS2异质结且半导体表面用赝氢饱和的建模方法，
- 实例七，做满足文章 TOC 要求的图。
6. 收敛性测试
7. INCAR 几十种常见关键词全解析与建议使用表
8. 晶胞优化
结构优化的技巧和注意事项。选择性优化晶胞矢量。不同泛函的使用。原子电荷计算分析。实例一：theta-Al2O3 单点能计算和结构优化，实例二：文献重复不同泛函比较。
带电荷的体系计算.
9. 态密度, 10. 能带计算
态密度和能带形成的基本理论，案例分析（单原子催化剂，表面离子缺陷态，表面态，d带中心，催化吸附的轨道相互作用模型），态密度计算方法，p4vasp和VASPKIT后处理分析，态密度的积分，pymatgen自动画态密度图，K点选取和ISMEAR对态密度计算影响，DOSCAR详解，过渡金属金属的d带中心计算和催化吸附的关系计算，N2分子和表面团簇催化剂的轨道相互作用模型分析。
轨道相互作用基础知识，高斯计算提取分子轨道，载体和吸附分子态密度作用分析，CO/Ni，N2/Fe3催化剂的轨道相互作用模型分析。bilibili视频
实例一：Theta-Al2O3 的态密度，
实例二：Ir，Pt，Au 的 d 带中心计算，
实例三：顶刊重复 N2/Fe3 Al2O3 DOS 计算。
能带计算：生成布里渊区中K点路径的方法，选取路径的技巧，VASPKIT 自动生成k点路径，see kpath 的使用。能带结构的后处理，p4vasp-origin 处理能带图，pymatgen 生成能带图，VASPKIT 生成能带图。
实例一：金属 Au 能带结构，
实例二：theta-Al2O3 的能带结构，
实例三：二维材料 不同层数 MoS2 的能带结构，
杂化泛函 HSE 对能带结构的影响，
实例四：对比 HSE 和 PBE 的能带结构。
11. 解决VASP收敛和报错问题
12. 计算的艺术——平衡速度与精度
13.表面物理化学基础知识，14. 表面能
原子堆积方式，FCC、HCP，Miller指数定义，高miller指数晶面与台阶面，表面弛豫与重构，对称和非对称的slab模型，对称和非对称表面的表面能计算，金属表面能和功函数据库，原子坐标的固定，纳米颗粒的结构和表面能关系，Wulff construction计算，纳米催化中的晶面效应。
15. 静电势和功函
16. 表面吸附
吸附类型（化学吸附、物理吸附、解离吸附），吸附能计算，吸附位点，吸附计算注意事项，吸附物种间的相互作用，覆盖度，平均吸附能，最后一分子的吸附能。
17. 过渡态搜索
过渡态判据，无过渡态反应类型，寻找过渡态方法综述，chain-of-states搜索方法和原理，传统PEB方法(plain elastic band)方法遇到的问题，NEB中nudge过程原理，Climbing Image原理，判断插点个数，插点方法，nebmovie.pl源码修改，生成movie判读插点合理性，CINEB的INCAR关键词和计算方法，VTST优化算法解析，nebresults.pl，nebbarrier.pl, nebspline.pl, nebef.pl等VTST脚本，neb.dat、spline.dat、exts.dat、mep.eps文件自动判断NEB路径上的极值点，Dimer方法原理，选择Dimer，平移Dimer过程，Dimer发展历史，Dimer的INCAR关键词和计算方法，MODECAR生成，DIMCAR、CENTCAR和NEWMODECAR解读，生成DIMER方向movie预判过渡态计算是否成功，VTST过渡态计算收敛判断，过渡态搜索常见问题和解决方案。扩散系数与离子电导计算。
18. 频率计算
Hessian矩阵，力常数矩阵对角化，孤立和吸附分子振动区别，零点振动能，有限位移和DFPT方法频率计算INCAR，Jmol观察振动，振动数据提取和分析。晶体弹性常数/弹性模量计算.
19. 热力学数据计算与电催化
系综配分函数，分子配分函数，热力学量与配分函数的关系，内能、亥姆霍兹自由能、焓、吉布斯自由能、熵、等容热容、等压热容，理想气体假设，能量成分的拆分，平动、转动、振动、电子跃迁的配分函数，和其对各种热力学量的贡献计算，振动频率、温度和熵的关系，0K热力学数据校正计算，实际温度热力学数据校正计算，VASPKIT计算吸附分子热力学量，吸附分子和孤立分子的热力学量计算区别。气体分子的自由能校正，查实验数据热力学表JANAF-NIST，使用Gaussian程序做频率计算得到热力学数据，VASPKIT计算孤立分子热力学量。
20. 磁性体系计算
自旋量子数，自选多重度，自旋角动量，第一性原理计算中 电荷的设定，电子所固有的自旋；电子绕核旋转的轨道角动量；外加磁场感生的轨道磁矩改变。铁磁性(ferromagnetic)反铁磁性(antiferromagnetic)亚铁磁性(ferrimagnetic)顺磁性(Paramagnetic)。
21. DFT + U 简介，复杂体系参数设置
22. 范德华校正简介
23. 电子结构分析
常见VASP第一性原理计算中的电子结构分析手段总述。
电荷密度和原子电荷，CHCGAR的格式，分解CHGCAR成tot和mag，VESTA作等值面图，二维切面图。VASPKIT处理电荷密度文件，电荷密度差分，吸附分子CO，N2吸附前后的电荷密度差，石墨烯插锂前后的电荷密度差；变形电荷密度；外场下的电荷密度差；平面平均的电荷密度差。Partial charge density计算方法流程，实空间波函数提取，绘制分子的分子轨道图，绘制VBM和CBM的电荷密度/波函数，绘制缺陷态/隙间态的电荷密度/波函数，研究激发电子的分布，STM和Partial Charge Density对应关系。Bader电荷，全电子电荷密度生成，AIM(atom-in-molecule)电荷划分方法，按照原子电荷着色的结构图。
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