[发明专利]搜索化学反应的最低反应路径的方法及系统

权利要求书

1.一种搜索化学反应的最低反应路径的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)指定化学反应的过渡态的坐标，定义化学反应过程的势能面上的反应坐标；

(2)将限制势加入原有势能面中，并按能量下降的方向向反应物、产物两侧以设定步长搜索反应路径，得到最低反应路径上一系列反应坐标对应的构型；

(3)当在所述步骤(2)中得到的各个构型存在反应坐标明显偏离期望反应坐标时，对在所述步骤(2)中得到的各个构型的坐标分量插值，得到期望反应坐标的构型。

2.根据权利要求1所述搜索化学反应的最低反应路径的方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，通过数学方法进行优化，得到过渡态几何构型，确认过渡态为势能面上的一阶鞍点；根据过渡态的坐标，定义反应坐标变换公式，将任意时刻的3N个笛卡尔坐标变换到一维反应坐标ξ，N是当前反应的原子数量。

3.根据权利要求2所述搜索化学反应的最低反应路径的方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，反应物的反应坐标为ξ＝0，过渡态的反应坐标ξ＝1，无量纲。

4.根据权利要求1所述搜索化学反应的最低反应路径的方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，定义两个分隔面s₀、s₁；第一个分隔面s₀＝R_inf-|R|，R_inf为两反应物之间可视为无相互作用的距离，R为连接两反应物质心的矢量；第二个分隔面s₁＝max{s₁⁽¹⁾,s₁⁽²⁾,…,s₁⁽ⁿ⁾}，其中r_AB表示A、B两原子的距离，表示过渡态时的原子距离，反应坐标ξ＝s₀/(s₀-s₁)，n表示当前化学反应的反应通道数量。

5.根据权利要求1所述搜索化学反应的最低反应路径的方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，在原有势能面上加入限制势函数f＝K(ξ-ξ_ref)²，得到新的势能V＝V₀+f，其中V₀是原始势能面的能量，K表示控制该限制势的大小，ξ_re^f表示是期望的反应坐标；首先向正向搜索，其次往负方向搜索，设定搜索步长，在每一步中执行梯度下降法或任意优化方法，从而在限制势函数的限制下搜索能量极小值，其中R表示每一步的列坐标、表示势能的梯度，α为优化步长，k为当前步序数。

6.根据权利要求5所述搜索化学反应的最低反应路径的方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，两个方向搜索完毕，得到一条能量-反应坐标的折线图；

或者，在所述步骤(2)中，限制势函数的形式为二次函数；

或者，在所述步骤(2)中，设定搜索步长≤0.005；优化步长α≤0.05。

7.根据权利要求1所述搜索化学反应的最低反应路径的方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，读取在所述步骤(2)得到的一系列3N个笛卡尔坐标，对每一个坐标分量执行三次或更高次样条插值，其自变量为反应坐标；从插值函数中以设定间隔计算出笛卡尔坐标，从而得到最终的能量-反应坐标的折线图，作为期望反应坐标的构型。

8.根据权利要求1所述搜索化学反应的最低反应路径的方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，当在所述步骤(2)中得到的各个构型存在反应坐标和期望反应坐标的偏差至少大于10^-6时，对在所述步骤(2)中得到的各个构型的坐标分量插值，得到期望反应坐标的构型。

9.根据权利要求1所述搜索化学反应的最低反应路径的方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，执行插值得到所需反应坐标的所有坐标分量。

10.一种搜索化学反应的最低反应路径的系统，其特征在于：在计算机系统中执行权利要求1所述搜索化学反应的最低反应路径的方法。