A Chemists Guide to Density Functional Theory 3e pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Wiley-VCH

作者:W Koch

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2008-07-29

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9783527306466

丛书系列:

图书标签:

DFT
第3本书
Density Functional Theory
DFT
Quantum Chemistry
Computational Chemistry
Chemistry
Physical Chemistry
Molecular Modeling
Electronic Structure
Chemical Physics
Materials Science

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具体描述

分子模拟与计算化学的新视野：从原理到应用图书名称：《计算化学进展：理论、方法与现代应用》图书简介本书旨在为计算化学领域的科研人员、研究生以及资深工程师提供一个全面、深入且与时俱进的知识体系。它并非聚焦于单一理论方法的详细推导，而是致力于勾勒出当前计算化学方法学的全景图，特别是那些在材料科学、药物研发、催化反应及环境化学等前沿领域发挥关键作用的新兴理论与技术。本书内容结构清晰，从基础的量子力学原理出发，逐步过渡到复杂的多尺度模拟方法，力求在保持学术严谨性的同时，强调其实际应用中的创新点和挑战。全书共分为六大部分，涵盖了理论计算、方法发展、特定应用领域以及前沿交叉学科的最新进展。第一部分：量子化学计算的基石与拓展本部分回顾了计算化学的理论基础，但着重探讨了现有方法的局限性及其克服之道。我们将深入分析经典Hartree-Fock理论的误差来源，并详细阐述如何通过后HF方法（Post-HF Methods），如耦合簇理论（Coupled Cluster, CC）和配置相互作用（Configuration Interaction, CI）的高阶修正，实现对电子相关能的精确捕捉。特别地，我们会用专门的章节讨论多参考态方法（Multi-Reference Methods）在处理电子激发态和重叠电子态问题时的重要性，并比较它们在计算效率和精度上的取舍。此外，针对电子结构计算中基组选择的艺术与科学，本书提供了详细的指导原则，超越了简单的基组大小比较，侧重于如何根据体系的物理化学特性（如高激发能、长程相关性）来优化基组的选取策略，以平衡计算成本与精度。第二部分：现代密度泛函理论的深入剖析与超越本部分将计算化学中最常用且最具活力的领域——密度泛函理论（DFT）——提升至新的高度。我们不会重复DFT的基础知识，而是聚焦于现代泛函的设计哲学和性能评估。本书将详细分类介绍非局域泛函的最新进展，包括范围分离（Range-Separation）泛函如何有效解决长程相关问题，以及双杂化（Double Hybrid）泛函在提高结构和能量预测准确性方面的独特贡献。一个核心章节专门讨论了色散校正（Dispersion Corrections）的演变，从早期的经验性修正（如DFT-D3）到基于理论推导的后HF修正（如非局域色散校正），详细分析了这些校正对范德华相互作用体系（如堆叠DNA、分子晶体）的预测能力的影响。同时，本书也探讨了自相互作用误差（Self-Interaction Error, SIE）在描述电荷转移和电荷分离体系中的影响，以及如何利用新型泛函来缓解这一固有缺陷。第三部分：动力学模拟与介观尺度方法本部分转向描述原子和分子随时间的演化，这是理解化学过程的关键。本书深入探讨了分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟在高通量筛选中的应用，重点介绍基于第一性原理的分子动力学（Ab Initio MD, AIMD）在高压物理、固态反应机理探索中的独特优势。在超越AIMD计算极限的体系中，本书介绍了基于势能面构建的宏观模拟。详细分析了机器学习势能面（Machine Learning Potentials, MLPs）的构建流程，包括如何利用高精度数据点训练原子神经网络（ANNs）或高斯过程回归模型，以实现接近DFT精度的模拟，但计算效率提升数个数量级。此外，本书还涵盖了介观尺度的模拟技术，如介观动力学（Mesoscale Dynamics）和耗散型粒子动力学（Dissipative Particle Dynamics, DPD），这些方法在聚合物自组装、软物质科学中的应用前景。第四部分：电子光谱与反应机理的阐明精准预测分子吸收和发射光谱是验证理论模型的试金石。本部分聚焦于激发态计算的前沿技术。详细介绍了时间依赖性密度泛函理论（TD-DFT）的局限性，并重点展示了贝特曼-萨尔帕-斯凯特（Bethe-Salpeter Equation, BSE）方法在描述单重态和三重态激发态方面的精确性，特别是在有机半导体和光敏材料中的应用。对于反应路径的探索，本书强调了过渡态搜索的鲁棒性方法，包括基于梯度信息和曲率信息的优化算法，以及如何有效地使用泛函响应理论（Functional Response Theory）来分析反应活性位点。第五部分：面向应用的计算策略与计算资源优化本部分关注将复杂的理论转化为实际可操作的解决方案。我们探讨了量子化学计算的并行化策略，包括MPI和OpenMP在电子结构代码中的实现细节。针对大规模材料模拟，本书介绍了周期性边界条件体系的快速收敛技术，如Kohn-Sham矩阵的预处理方法。在药物化学和生物模拟领域，本书深入分析了分子对接（Docking）与自由能微扰（Free Energy Perturbation, FEP）方法的结合使用，以及如何利用QM/MM（量子力学/分子力学）方法准确描述酶催化反应中的量子效应。第六部分：前沿交叉与未来展望最后一部分展望了计算化学与其他新兴领域的交叉融合。探讨了拓扑绝缘体和新型二维材料的计算表征，特别是如何通过拓扑不变量来识别材料的本征性质。此外，本书还讨论了计算化学与人工智能（AI）的深度融合，包括利用深度学习进行逆向分子设计（Inverse Design）以及加速复杂积分的计算。本书结构严谨，内容前沿，旨在帮助读者跨越理论与实践的鸿沟，为解决当前科学界面临的复杂计算挑战提供坚实的理论工具和创新的实践指导。

作者简介

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

从装帧设计和排版来看，这本指南无疑是为长期使用而准备的。字体清晰，图表布局合理，即便是复杂的分子轨道图和能量分布图，也能一目了然。我尤其欣赏作者在关键概念旁标注的“历史注记”或“理论陷阱”提示，这极大地帮助读者规避了常见的理解误区。这本书没有将DFT描绘成一个万能的灵丹妙药，反而非常诚实地指出了其理论上的近似性以及在特定体系中可能出现的失败案例，例如自相互作用误差（Self-Interaction Error）。这种坦诚的态度是真正优秀科学著作的标志。我希望它能为我们提供更深入的工具，比如如何利用响应函数理论来计算更高级的性质，例如电子谱学、非线性光学效应等，这能将计算化学的应用推向更精密的层次。总而言之，这本书提供了一种结构化的思维框架，它不仅教会你如何运行计算，更重要的是，它塑造了你对物质世界微观电子行为的深刻理解，是化学计算领域不可或缺的智力基石。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书在处理多尺度问题时的视野非常开阔，它似乎不仅仅关注孤立分子的计算，而是将DFT的应用范畴拓展到了更复杂的体系，比如表面吸附、催化反应位点等。这种跨越不同尺度界限的能力，正是现代计算化学的魅力所在。我特别关注了它在处理电子相关效应方面的论述，因为这是标准DFT方法的一个常见痛点。如果它能提供关于混合泛函或后HF方法的详细介绍，并讨论它们在解决强关联体系时的优势和计算成本，那无疑是对现有知识体系的极大补充。我希望能看到更多关于如何在高通量计算中应用这些理论的讨论，毕竟在材料科学领域，筛选大量的候选结构是常态。这本书的章节标题本身就充满了信息量，预示着它在理论深度和应用广度上都做到了兼顾。它更像是一份为资深研究人员量身定制的“进阶参考”，帮助他们系统性地梳理和巩固自己已经掌握的知识体系，并指出未来研究可能突破的方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实吸引人，那种深邃的蓝与严谨的黑交织在一起，仿佛在诉说着理论物理世界的复杂与精妙。我拿到手的时候，首先感受到的是它扎实的物理分量，书页的质感很棒，拿在手里沉甸甸的，让人对即将展开的阅读之旅充满了期待。虽然我不是科班出身，但冲着这名字——“化学家的密度泛函理论指南”，我就知道这必定是一本面向应用层面的经典之作。我期望它能像一位经验丰富的大师，一步步引领我这个初学者，从最基础的量子力学概念过渡到如何将这些抽象的数学工具应用于解决实际的化学问题，比如分子结构预测或者反应路径分析。最理想的状态是，它能用相对直观的方式阐释那些晦涩难懂的泛函理论，而不是堆砌一连串只有专业人士才能理解的公式。如果它能包含足够的实例和图示来辅助理解那些复杂的势能曲面和电子密度演变过程，那将是极大的加分项。我对它能否清晰地梳理出不同泛函（比如LDA, GGA, Meta-GGA）之间的优劣和适用场景抱有很高的期望，毕竟在实际计算中，选对泛函往往决定了结果的成败。总而言之，它给我的第一印象是专业、权威，并且带着一种邀请你深入探索的学术魅力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编排节奏把握得相当到位，它没有急于抛出最前沿的理论，而是花了充足的篇幅回顾了早期量子化学方法的局限性，这为理解DFT诞生的必要性提供了强有力的背景支撑。我个人认为，理解“为什么”比理解“是什么”更为重要，这本书在这方面做得非常出色。它巧妙地将数学推导与实际的物理洞察力结合起来，避免了纯数学推导带来的枯燥感。特别是它对 Kohn-Sham 理论的阐述，我觉得比我过去接触到的任何资料都要清晰透彻，特别是对轨道概念的引入和它与真实电子的区分，一下子打通了我的认知壁垒。我非常期待后续章节能够深入探讨如何评估计算结果的可靠性，比如如何进行不确定性量化，或者如何利用谱学数据（如NMR, IR）来验证密度泛函计算的准确性。这本书似乎在暗示，理论的深度最终要服务于实验的验证，这种务实的态度非常符合化学研究的本质需求。它的内容密度很高，需要读者投入大量时间去消化，但回报绝对是值得的。

评分☆☆☆☆☆

初翻这本书时，我立刻被它那种近乎教科书般的系统性所震撼。它不像某些工具书那样只提供操作手册，而是花了相当大的篇幅来构建理论的基石。我特别欣赏作者在引入新概念时所采用的层层递进的逻辑结构，这对于需要扎实理论功底才能进行高效计算的读者来说至关重要。我感觉作者非常注重物理图像的构建，试图让读者在脑海中建立起一个清晰的、关于电子如何集体运动的画面，而非仅仅停留在求解薛定谔方程的数值层面。阅读过程中，我注意到它对计算的实际影响，比如如何选择合适的基组，如何处理相对论效应等细节也都有所涉及，这表明作者不仅仅停留在纯理论层面，而是真正站在了一个能够指导实际“做计算”的科学家的角度来组织材料。我希望它能对不同计算软件包（比如Gaussian, VASP等）中特定参数的物理意义进行更深入的剖析，因为新手往往在这方面感到无从下手。如果能提供一些关于如何“调试”计算失败或结果异常的常见问题排查指南，那这本书的实用价值将更上一层楼。它展现出的是一种严谨且富有教学耐心的态度。

评分☆☆☆☆☆