热力学与动力学耦合计算实战

📚 共计 30 章节

热力学基础回顾

状态函数、热力学第一定律、焓与熵的物理意义

状态函数焓与熵

动力学基础回顾

反应速率、速率常数、阿伦尼乌斯公式、活化能

Arrhenius活化能

耦合计算概述

为什么要耦合？热力学与动力学的桥梁——过渡态理论

过渡态桥梁

微观动力学模型

基元反应、微观可逆性原理、细致平衡

基元反应细致平衡

势能面与反应路径

势能面（PES）概念、鞍点与IRC、反应坐标

过渡态理论（TST）

Eyring方程、配分函数、隧道效应修正

Eyring隧道效应

速率常数计算

从量子化学到宏观速率、Python实现TST计算

热力学积分与自由能

自由能微扰（FEP）、热力学积分（TI）方法

分子动力学模拟基础

牛顿方程、积分算法、系综理论

增强采样技术

伞形采样、元动力学、副本交换

伞形采样元动力学

自由能计算方法

WHAM、MBAR、Bennett接受比

反应力场（ReaxFF）

原理、参数化、在耦合计算中的应用

ReaxFF反应力场

微动力学建模

稳态近似、速率决定步骤

MicrokineticRDS

催化反应中的耦合

表面吸附、Langmuir-Hinshelwood、Eley-Rideal

电化学中的耦合

Butler-Volmer方程、Marcus理论、电势依赖活化能

酶催化中的耦合

Michaelis-Menten机理、QM/MM方法、自由能图谱

燃烧化学中的耦合

详细机理、机理简化、敏感性分析

机理简化敏感性

材料生长中的耦合

成核理论、晶体生长、Wulff构造

相变中的耦合

经典成核理论（CNT）、Avrami方程、相场模拟

Python工具链

ASE、pymatgen、RDKit、Cantera基础

量子化学软件接口

Gaussian、ORCA、VASP输出文件解析

数据驱动方法

机器学习势函数、Δ-learning、主动学习

ML势主动学习

不确定性量化

误差传播、贝叶斯推断、模型验证

贝叶斯误差传播

多尺度建模

从量子到连续介质、信息传递策略

多尺度信息传递

案例实战1：CO氧化反应

从DFT到宏观速率

案例实战2：锂离子电池电解液分解

自由能计算

锂电池自由能

案例实战3：蛋白质-配体结合自由能预测

结合自由能预测

蛋白质配体

案例实战4：甲烷重整制氢

微动力学建模

甲烷重整微动力学

高性能计算

并行策略、GPU加速、大规模任务调度

课程总结与前沿展望

AI for Science、自动化工作流、未来方向