使用Multiwfn软件获取量化计算数据的教程

由于课题组需求，总是需要帮组内同门完成一些理论计算的工作，但在自己计算完相关工作后，自己可能没有时间来得及帮忙处理数据，特写此问，以帮助组内成员快速处理gaussian输出文件，并拿到自己想要的数据。本博文的内容包括分子能级的获取、分子轨道的成分分析、紫外光谱和发射光谱数据的处理。

文中使用到的软件：Multiwfn和GaussView。

分子的能级

打开Multiwfn 程序，此时，出现的是一个DOC窗口（黑色的命令行窗口），将分子单点能（single energy）作业的fchk文件，拖入Multiwfn窗口。

• 输入0 Show molecular structure and view orbitals，按回车键

此时，会弹出一个显示窗口，可以直观的观察分子式，以及不同分子轨道的电子云分布，如下图所示。

其中，1号红框内可以切换不同的分子轨道，2号红框可以旋转、缩放分子。

在DOC窗口中，可以读取对应分子轨道的能量，以及能隙，如下图所示。

通过，红色框内内容，可以读出轨道255代表的是HOMO轨道，256代表的是LUMO轨道，同理，254就是HOMO-1，257就是LUMO+1，以此类推其它HOMO、LUMO轨道。

轨道成分

此处使用NAO方法获取分子轨道成分，具体内容见Sob老师的谈谈轨道成份的计算方法。

重新打开Multiwfn 程序，将NAO作业的out文件，拖入Multiwfn窗口。

• 输入8 Orbital composition analysis

• 输入7 Orbital composition analysis by natural atomic orbital (NAO) method

如果只想分析单个原子在某个分子轨道的贡献。

• 输入0 Show composition of an orbital

• 输入分析的轨道编号，此处输入255号轨道，输出结果如下

 Note: All Rydberg NAOs/shells or contributions <=  0.50 % will not be printed

    NAO#   Center   Label      Type    Composition
      12    1(N )    pz       Val( 2p)     0.968 %
     161    6(C )    px       Val( 2p)     0.578 %
     192    7(C )    px       Val( 2p)     0.554 %
......

 Condensed NAO terms to shells:
   Atom:     1(N )  Shell:     6( 2p Val)     1.116 %
   Atom:     3(N )  Shell:    28( 2p Val)     0.578 %
   Atom:     4(N )  Shell:    39( 2p Val)     0.588 %
......

 Composition of different types of shells (%):
 s:   0.668  p:  21.842  d:  77.488  f:   0.007  g:   0.000  h:   0.000

 Condensed NAO terms to atoms:
   Center   Composition
     1(N )     1.183 %
     3(N )     0.624 %
     4(N )     0.657 %
......

 Core composition:        0.023 %
 Valence composition:    99.471 %
 Rydberg composition:     0.512 %

 Orbital delocalization index:   60.34

如果修改展示的贡献范围，可以操作如下：

• 输入2 Select output mode for option 0, current: Non-Rydberg terms with contribution > 0.50%

• 输入1 Show non-Rydberg NAOs/shells

• 输入0 Show composition of an orbital

• 输入分析的轨道编号，此处输入255号轨道

对于各个原子可以找到如下输出：

 Condensed NAO terms to atoms:
   Center   Composition
     1(N )     1.183 %
     ...        ...
   107(N )     0.563 %
   108(N )     0.919 %
   109(C )     0.013 %
......

其中，我们可以直观的看到，对于255分子轨道主要是Ru原子（77.56%）贡献。

对于钌原子可以找到如下输出：

NAO#   Center   Label      Type    Composition
2478  117(Ru)    s        Cor( 4s)     0.018 %
2479  117(Ru)    s        Val( 6s)     0.172 %
2484  117(Ru)    px       Cor( 4p)     0.000 %
2485  117(Ru)    px       Val( 5p)     0.000 %
2489  117(Ru)    py       Cor( 4p)     0.000 %
2490  117(Ru)    py       Val( 5p)     0.000 %
2494  117(Ru)    pz       Cor( 4p)     0.000 %
2495  117(Ru)    pz       Val( 5p)     0.000 %
2499  117(Ru)    dxy      Val( 4d)     1.117 %
2502  117(Ru)    dxz      Val( 4d)     0.345 %
2505  117(Ru)    dyz      Val( 4d)    26.337 %
2508  117(Ru)    dx2y2    Val( 4d)     0.255 %
2511  117(Ru)    dz2      Val( 4d)    49.308 %

其中，我们可以直观的看到，对于钌原子主要是d轨道贡献。

如果准备分析某一分子片段，则选要先定义片段。

• 输入-1 Define fragment for option 1
• 输入clean Clean current fragment
• 输入a 3,4,6,7,17-19,26,27,30-50,95-98,107-112（此处3,4,6,7,17-19,26,27,30-50,95-98,107-112为举例，以实际的片段序号为准。）
• 输入q save and exit
• 输入1 Show fragment contribution to a batch of orbitals
• 输入255,256 输出结果如下

Orb.#       Core      Valence     Rydberg      Total
 255        0.021 %    89.286 %     0.324 %    89.631 %
 256        0.000 %     0.024 %     0.009 %     0.033 %

其中，我们可以看到，这个片段在255和256轨道的贡献，这里取Total值。

补充：

关于原子序号的查找：

打开GaussView，将NAO作业的out文件，拖入软件。

如上图所示，点击View里的Labels选项，此时分子式中就会出现其各个原子的序号，想定义哪一个片段，就整理哪一个片段的原子序号就好，图中，两个邻菲罗啉的原子序号就是3,4,6,7,17-19,26,27,30-50,95-98,107-112。

紫外吸收光谱

重新打开Multiwfn 程序，将紫外吸收或者磷光发射作业的out文件，拖入Multiwfn窗口。

• 输入18 Electron excitation analysis
• 输入15 Print major MO transitions in all excited states

此时，就会输出紫外吸收的组态信息，如下图所示。

其中，1代表S1态，2.5460 eV代表激发能，486.98 nm代表激发波长，f代表振子强度，Spin multiplicity代表多重度，其余部分就是组态信息（包含不同的跃迁轨道以及贡献成分）

（发射光谱的分析同紫外吸收光谱光谱分析的内容，在此不再赘述。）

最后

Multiwfn可以从Sob老师的论坛“计算化学公社“获取。

（网址：http://bbs.keinsci.com/forum.php）

该博文参考了Sob老师的多篇博文，如有兴趣自行到公社获取。

若待发表论文中有使用Sob老师的相关研究成果，建议引用相关研究成果。