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wigner transmission correction을 적용한 rate constant 계산 코드

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kangmg/easyRATE

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easyRATE

Eyring equation 속의 $\kappa$는 transmission coefficient로 터널링 효과를 고려한 상수입니다. 하지만 많은 경우 이 값을 알기 어렵기 때문에 1로 가정합니다. Transmission coefficient 값을 추정하는 방법은 크게 3가지 정도 알려져 있는데 Wigner, Skodje, Eckart 선생님들이 각각 만드신 방법들이 있습니다. 이중 Wigner 방법을 제외한 두 방법은 비교적 많은 정보가 필요합니다. easyRATE는 Wigner transmission correction 방법을 이용해 최소한의 정보로 간단한 transmission correction을 수행해볼 수 있는 코드입니다.

Wigner transmission correction은 오직 TS에서의 Imaginary Vibrational Frequency에 대한 정보만을 필요로 합니다. 이 외에 Rate constant를 구하기 위해서 Reactant와 TS에서의 Gibbs Energy, 그리고 온도를 필요로 합니다. 이외에 옵션으로 Reaction Symmetry 보정을 위한 Reactant와 TS의 xyz file이 필요합니다.

  • 필요 정보
    • 온도
    • 전이상태에서의 허수 진동수
    • 깁스 에너지
    • xyz 좌표 파일 (option)

How to use

두가지 사용 모드가 존재합니다.

명령행 인수가 있으면 input mode로 실행되고 없으면 interactive mode로 실행됩니다.

  1. input mode : input 파일을 작성한 후 커맨드줄 인수로 제공
  2. interactive mode : 커맨드 라인에서 필요한 값들을 직접 제공함
# interactive mode #

> python easyRATE.py
# input mode #

> python easyRATE.py input.inp

필요한 인풋 파일의 구조는 다음과 같습니다. ( # 1개로 시작하는 줄은 주석으로 처리. ## 는 오류 발생 )

# Imaginary Frequency in TS #
Imaginary Frequency [cm^-1] = -1530


# Temperatures #
#   Style #1  :  Temp_1   Temp_2   Temp_3   Temp_4 ...
#   Style #2  :  start_Temp   end_Temp   interval
Temperatures list [K] = 300 500 10


# Special Temperatures (optional) #
#   Style #1  :  Stemp_1 Stemp_2 Stemp_3 ... e.g. 273.15 293.15 298.15
#   Style #2  :  'auto'  will  set  273.15(STP) 293.15(NTP) 298.15(SATP)
Special Temperatures [K] = auto


# Unit Type #
#   1   :  Hartree  
#   2   :  kcal/mol
#   3   :  kJ/mol
Unit Type = 2


# Thermodynamic Energy #
Gibbs(Reactant) = -74
Gibbs(TS) = -39


# RXN symmetry number #
# 'auto' will automatically set symmetry number from your geometry file
RXN Symmetry Number = 1


# consumption time # 
# ---------------------------------------------------------------------- #
#   This input is for calculating the decay-time of your reactant.       #
#   But meaning of decay-time is depends on your reacton system.         #
#   Plz be aware that 'What is the decay-time for which concentration?   #
# ---------------------------------------------------------------------- #
# 50 for half-life
consumption percent = 50 


# XYZ file (optional) #
# xyz geometry file for auto RXN symmetry number estimation (optional)
Reactant xyz file = 
TS xyz file = 

Equations

  • wigner transmission correction
$$\kappa_{wig}(T) = 1 \frac{1}{24}{\left( \frac{h |v^{\ddagger}|}{k_{b} T} \right)} ^2$$
  • Eyring equation
$$k(T) = \kappa_{wig}(T) \sigma_{sym} \frac{k_b T}{h} e^{-\Delta G^{\ddagger} /RT }$$
  • Reaction Symmetry Number
$$\sigma_{sym} = \frac{\sigma_{rot, Rc}}{\sigma_{rot, TS}}$$

Limitation

  • Wigner correction의 경우 Eckart correction과 비교했을 때 저온에서 부정확함
  • gas phase rxn에 대해서만 지원함

Todo

  • Reaction symmetry auto-estimation에 필요한 point 그룹별 roatational symmetry number 추가
  • 현재 A -> TS -> B 반응만 지원함. 더 많은 반응 지원

Reference

  • Int J Quantum Chem. (2018) ; e25686.
  • Theor Chem Account (2007) 118, 813–826

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