使用ultiwfn快速地绘制静电势着色的分子范德华表面图和分子间穿透图(含视频演示)

凡是按照本文的详细说明还绘制不出来的人,一定要精确严格重复视频里的操作!应先把视频里的示例体系重复一遍,连这个例子都重复不出来者注意看本文文末的文字

使用Multiwfn+VMD快速地绘制静电势着色的分子范德华表面图和分子间穿透图

Using Multiwfn+VMD to rapidly plot electrostatic potential colored molecular van der Waals surface map and penetration map between molecules

First release: 2018-Oct-13  Last update: 2025-Jun-30

按照以上说明配置后,就可以开始做下面的例子了。如果没成功重复出文中的图,说明要么没一个字一个字看上面的配置方式说明,要么没一个字一个字看下面的操作步骤。如果绘制某个体系的时候VMD里显示出了之前绘制过的其它体系,应当自行把VMD目录下相应的其它体系对应的pdb或cube文件删除。如果下文的透明的等值面显示得很诡异很难看,可能是显卡驱动和VMD不兼容而没能打开GLSL,尝试更新驱动或者用其它机子。

对于有的复杂体系,在默认的EdgyGlass材质下可能绘图效果不是很理想,比如下面这个团簇体系,画面看起来很乱,不容易看清楚体系表面静电势特征:

这个问题主要是透明度太高了。只要改一下材质即可。做法是进入Graphics - Materials,选择当前用的材质EdgyGlass,然后调节各个滑条,特别是Opacity(不透明度)。我们把材质改成下面的情况

此时看到的图像如下所示,看着清楚多了。

如果你不喜欢作图脚本用的蓝-白-红方式的色彩变化,可以进入Graphics - Colors - Color Scale,用Method下拉框将色彩变化方式设成别的。比如有很多文章用的是用红色代表负值部分,蓝色代表正值部分,为了与这种习俗对应,你就可以把Method设为RWB(Red-White-Blue)。

从VMD 1.9.4版开始支持更多的色彩刻度变化方式。如果想让着色的颜色更丰富,可以在使用iso命令显示出静电势着色等值面图之后运行以下命令将色彩刻度变化方式改为turbo并对材质进行恰当修改,这是按照彩虹色彩方式变化。命令中把色彩刻度下、上限分别改到了-0.06到0.06,应根据实际体系反复调节直到效果最好。color scale method turbomol scaleminmax 0 1 -0.060000 0.060000display projection Orthographicmaterial change outline EdgyGlass 0.590000material change outlinewidth EdgyGlass 0.340000material change opacity EdgyGlass 0.730000material change shininess EdgyGlass 0.80000material change diffuse EdgyGlass 0.800000material change specular EdgyGlass 0.250000

下面是对FOX-7分子使用以上命令修改作图设置后的效果,可见色彩很丰富重要提示:截止到2023-Jul-29,VMD 1.9.4正式版仍未发布,而非正式版bug奇多,还容易莫名其妙崩溃,个人建议在虚拟机里安装1.9.4非正式版。

如果想把色彩刻度轴显示出来,一个做法是进入Graphics - Colors,选择Color Scale标签页,然后把色彩刻度条截图截出来,用photoshop旋转、拉伸一下,然后把上下限数值标注上去即可。

可以在图上标注一下或者在图例里说明一下刻度的单位。对于通过iso命令显示静电势着色等值面的情况,由于静电势cube文件里的单位是a.u.,所以刻度条上的单位也是a.u.,也可以自行ps成对应的其它单位的数值。如果你是用pt命令显示的,如前所述,单位可能是kcal/mol也可能是eV。

我建议读者自行根据实际情况在VMD的Graphics - Representation的Trajectory标签页的文本框里调节色彩刻度的下限和上限,使得色彩可以尽可能充分地体现分子表面上不同区域静电势的差异。比如你感觉红、蓝颜色太淡,则应当把色彩刻度范围区间设小一点。如果有一大片地方全是相同的红色或相同的蓝色,因而区分不开差异,则色彩刻度范围需要设宽一些。需要考虑实际效果反复调节到最理想。

是否对各种体系总是适合使用表面静电势最负和最正值分别作为色彩刻度下限和上限呢?答案是否定的。虽然这么做能确保分子表面不同数值静电势的位置能对应不同颜色,但这往往不是什么好的选择,比如:(1)上、下限是个零碎的小数,令色彩刻度轴显得不够工整(2)上、下限不对称,导致白色的区域不是正好落在静电势为0的地方从而有碍判断。当然并不需要非得上下限对称,只不过不对称的时候需要自己确保色彩变化的中间颜色正好对应静电势零点,可以通过Graphics - Colors - Color Scale里的Midpoint进行调节。(3)视觉效果未必好。比如分子某处静电势特别负,若为了照顾这个位置而设置下限,可能导致静电势比较负的区域在着色上不容易区分差异。(4)横向对比一批分子表面静电势时,如果色彩刻度范围用得不统一,会造成误判。

本文的.bat批处理文件是Windows下的,如果想在Linux下也类似地通过脚本快速绘制,看Multiwfn手册4.A.13节的第9部分(此外,也可以手动在性能较好的Linux服务器上把VMD脚本绘图所需的文件算出来,然后自行拷到Windows的VMD目录下再用VMD的脚本绘图)。

本文介绍的绘制分子表面静电势图的方法算是目前最快、最好的绘制方法了,而且用到的Multiwfn和VMD都完全免费。相比之下,用GaussView绘制这类图的操作步骤多于此文,耗时远高于此文,效果也不如本文,而且程序是收费的而且挺贵,还没法把静电势极值点显示出来,也没法绘制穿透图,而且只能用fch/fchk作为输入文件,显然相对于本文介绍的方法来是不可取的。

还老有人问为什么画出来的分子表面图处处是白色的而不是彩色的,通常就两种可能:• 你的体系的分子表面各处的静电势都很接近0,而当前色彩刻度范围又偏大,导致各处静电势的差异无法通过颜色充分体现。解决方法就是恰当减小色彩刻度上下限直到色彩显著• 静电势的cube文件没能正常载入VMD。可能是静电势的cube文件本身就没被正常计算出来,应仔细看VMD目录下ESP开头的cub文件是否已经出现、仔细看VMD文本窗口里有没有载入失败的提示,应根据脚本的运行原理试图解决。也可能你的体系较大、静电势的cube文件也较大(如好几百MB甚至更大),而你用的是32bit的VMD,由于可用内存限制而导致无法载入这么大的cube文件,这种情况应改用64bit版VMD。

THE END
0.人教版高中物理选修31知识精讲电子电荷电场1. 电势的相对性:某点电势的大小是相对于零点电势而言的。零电势的选择是任意的,一般选地面和无穷远为零势能面。 2. 电势的固有性:电场中某点的电势的大小是由电场本身的性质决定的,与放不放电荷及放什么电荷无关。 3. 电势是标量,只有大小,没有方向.(负电势表示该处的电势比零电势处电势低.) jvzq<84m0uooc7hqo0io1jwvkerfa?=59:65999a3;=:2Bjc22622:5exs4ivvq
1.电势差电势分析:,若将B点的电势定义为零电势点,则A点的电势等于单位正电荷由A点移动到B点——零电势点(参考点)时所做的功. 教师强调:电势通常用来表示.电场中某一点的电势,等于单位正电荷由该点移动到参考点(零点电势)时电场力所做的功. 电势差与零点电势的选取无关,但电势是相对零点电势而言的,与零点电势的选取有jvzquC41yy}/fr~khctxgw3eqo5kkjtcp1mbqnwywnokkjtcp1847B6;29<34<:;3;894=55384ivv
2.高中历史知识点汇总十篇高中物理电势知识(1)定义及定义式 电场中某点的电荷的电势能跟它的电量比值,叫做这一点的电势。 φA=Ep/q (2)电势的单位:伏(V)。 (3)电势是标量。 (4)电势是反映电场能的性质的物理量。 (5)零电势点 规定的电势能为零的点叫零电势点。理论研究中,通常以无限远点为零电势点,实际研究中,通常取大地为jvzquC41yy}/z~jujw4dqv3ep1nbq€jp16=:4<3jvor
3.[电磁学]大学物理陈秉乾老师课程笔记介绍了电势的概念和计算方法。通过讲解高斯定理和电场线的性质,阐述了电势能与电荷位置的关系。同时,讲解了电势的定义和计算公式,并讨论了电势零点的选择。此外,还介绍了通过积分计算电势的方法和电势的物理意义。总结了电势与电荷分布、电力线和场强的关系。 jvzquC41dnuh0lxfp0tfv8QZ4264:=4ctvodnn4fgvgjn|4357867;83
4.电力电子技术题库..单相全控桥式整流电路大电感性负载中,控制角的最大移相范围是()A、180°B、120°C、90°D、150°正确答案:C7.三相半波可控整流电路的自然换相点是()A、比三相不控整流电路的自然换相点超前30°B、本相相电压与相邻电压正半周的交点处C、比三相不控整流电路的自然换相点滞后60°D、交流相电压的过零点正确jvzquC41o0972mteu0tfv8iqe1948=59:5>/j}rn
5.D单位正电荷从该点移到电势零点过程中外力所作的功.搜标题 搜题干 搜选项 搜索 单项选择题 静电场中某点电势的数值等于 A、试验电荷置于该点时具有的电势能 B、单位试验电荷置于该点时具有的电势能. C、单位正电荷置于该点时具有的电势能. D、单位正电荷从该点移到电势零点过程中外力所作的功.jvzquC41yy}/rypcq0ipo8|cpiqf1mfcp1ce;7b2A9dg6>27lk:d6:3d;f59g
6.第一章5.电势电势差名师导航2025(√)2.(多选)关于电势差UAB和电势φA、φB的理解,正确的是( )A.UAB表示B点相对于A点的电势差,即UAB=φB-φAB.UAB和UBA是不同的,它们有关系UAB=-UBAC.φA、φB都可以有正、负,所以电势是矢量D.电势零点的规定是任意的,但人们通常规定大地或无穷远处为电势零点BD [UAB表示A点相对于B点的电势差,UABjvzquC41yy}/|}m0eun1|thv1;5:<>:5;4ivvq
7.清华大学《大学物理》习题库试题及答案电学习题答案.docx设无限远处为电势零点,试求: (1) O 点处,由球壳内表面上电荷产生的电势。 (3) 球心 O 点处的总电势。 r r a Q q O b 1651 图 (2) 球心 一、选择题 1 .1003 :C;2 .1405:C;3 .1551:B ;4 .1558 :D;5 .1035:D;6 .1056:D; 7 .1255 :B ;8 .1370:C;9 .1432:A;10 .1434:jvzquC41oc~/dxtm33>/exr1jvsm1;54416649482291396362653>50ujzn
8.2.电势差(导学案)物理人教版2019必修第三册1.电势差定义: 电场中两点间电势的差值,也叫电压。2.电势差与电势的关系:UAB=φA-φB或者UBA=φB-φA UAB=-UBA。3.电势的数值与电势零点的选取有关,电势差的数值与电势零点的选取无关。思考与讨论:电势差可以是正值也可以是负值,电势差的正负表示什么意义?4.电势差的正负表示两点电势的高低关系(1)若电势差为jvzquC41o0€yzt3eqo5tqoy175=:8;:60jznn
9.请教几个概念:偶极修正,零点能和范德华力。相应地在什么情况下还有什么情况下可以不用考虑这个?)2、零点能:物质在绝对温度为零度下在真空中产生的能量。(MS中可以jvzq<84ddu4lgrsuek4dqv4vjtkbf6>59:32/>3jvor
10.省技能大赛题库(十二)电化学分析法* 60.K称为电极的选择性系数,通常Kij越小,说明()。 A.电极的选择性越高 B.电极的选择性越低 C.与电极选择性无关 D.分情况而定 * 61.待测离子i与干扰离子j,其选择性系数Kij(),则说明电极对被测离子有选择性响应。 A.≫1 B.>1 C.<<1 D.1 * 62.微库仑法测定氯元素的原理是根据()。 A.法jvzquC41yy}/ys}0ep5ks896:;?33<3cur~