Gaussian + Multiwfn 绘制 UV-Vis 光谱

KimariDraw 目前已经更新至 2.5.1 版本，本文中所有介绍 KimariDraw 的内容都已过时，全是废话！

前言

笔者在《Gaussian + Multiwfn 绘制 NMR 谱》以及《使用 KimariDraw 处理 Multiwfn 生成的光谱数据》分别介绍了如何使用 Multiwfn 绘制 NMR 以及使用笔者自己开发的 KimariDraw 软件绘制美观的光谱图。在本文，笔者将介绍如何使用 Gaussian 和 Multiwfn 计算茜素（Alizarin）的 UV-Vis，并使用 KimariDraw 绘制美观的 UV-Vis 光谱。对 Multiwfn 和 KimariDraw 不熟悉的同学可以前往 Multiwfn 官网 和 KimariDraw 官网 了解详情。

计算细节

绘制 UV-Vis 光谱，首先需要使用量子化学程序做激发态的计算，Gaussian 计算激发态通常使用 TDDFT、CIS、ZINDO 等方法。这里主要介绍使用 TDDTF 方法计算茜素（Alizarin）的激发态并绘制 UV-Vis 光谱。首先笔者在 B3LYP-D3(BJ)/6-311G* 的级别下对其进行了几何优化和振动分析，得到无虚频的极小值结构。接着使用优化后的结构在 PCM(DCM)/PBE0/6-311G* 的级别下做 TDDFT 计算，一共计算了 40 个态。并将输出文件（如下所示）使用 Multiwfn 处理得到 UV-Vis 的数据，最后再通过 KimariDraw 绘制 UV-Vis 光谱。

# td(nstates=40) scrf(solvent=CH2Cl2) pbe1pbe/6-311G*

B3LYP/6-311G* opted

0 1
 C                 -2.35469600   -3.45075300    0.00000000
 C                 -1.12698300   -4.11677400    0.00000000
 C                  0.06021600   -3.39446400    0.00000000
 C                  0.03332700   -1.99965900    0.00000000
 C                 -1.20241400   -1.33032100    0.00000000
 C                 -2.39261900   -2.06266700    0.00000000
 C                  1.32668100   -1.25160700    0.00000000
 C                  1.25212300    0.22615300    0.00000000
 C                  0.00000000    0.89109400    0.00000000
 C                 -1.26387900    0.14826400    0.00000000
 C                  2.42595900    0.96847400    0.00000000
 C                  2.38973300    2.36244700    0.00000000
 C                  1.17340400    3.02792700    0.00000000
 C                 -0.03076900    2.29104400    0.00000000
 O                 -2.35504200    0.73486200    0.00000000
 O                  2.39306600   -1.84620200    0.00000000
 O                 -1.15952300    3.02796800    0.00000000
 O                  1.12210700    4.37641700    0.00000000
 H                 -3.27967300   -4.01691500    0.00000000
 H                 -1.09903600   -5.20106200    0.00000000
 H                  1.02409700   -3.88844900    0.00000000
 H                 -3.33190200   -1.52363200    0.00000000
 H                  3.37022200    0.43889100    0.00000000
 H                  3.30060200    2.94964600    0.00000000
 H                 -1.92014800    2.40068300    0.00000000
 H                  0.19048200    4.64153600    0.00000000

处理结果

在 TDDFT 任务结束后，可以在 Gaussian 里查看 UV-Vis，也可以用 Multiwfn 处理 Gaussian 的输出文件，从而得到 UV-Vis 光谱。打开 Multiwfn 输入 Gaussian 的输出文件名，接着输入以下命令。

11          // 绘制光谱
3           // UV-Vis
0           // 显示光谱
8           // 调整 FWHM
0.65        // 调整为 0.65
9           // 不显示振子强度
3           // 修改 x 轴坐标刻度
150,550,50  
4           // 修改 y 轴坐标刻度
0,10,2
7           // 修改曲线的比例
8           // 改为 8
2           // 导出 x-y 数据

同时，Multiwfn 还可以将整体的 UV-Vis 分解为不同激发态贡献的 UV-Vis。只需要在 Multiwfn 中输入以下命令，此时就会在当前文件夹下输出一个 spectrum_curve.txt 文件记录不同激发态贡献的 UV-Vis。

15          // 输出单独激发态跃迁的贡献
0.2

同时在屏幕上显示以下内容，这书说明 S0->S9、S0->S10、S0->S18 以及 S0->S33 是 UV-Vis 主要的来源。

Column 1: Wavelength (nm)
Column 2: Molar absorption coefficient (L/mol/cm)
Correspondence between the columns and individual transitions in the file:
    Column#   Transition#
        3           9
        4          10
        5          18
        6          33

Discrete line data have been written to spectrum_line.txt in current folder
Column 1: Wavelength (nm)
Column 2: Oscillator strength

绘制光谱

Multiwfn 可以直接绘制光谱，但是 Multiwfn 绘制的光谱不能作为科研论文的配图，而且看起来也有点别扭。可以将这些数据拖进 Origin 里绘制曲线图，也可以使用笔者开发的 KimariDraw 绘制（Mac、Linux 系统也可以使用）。

这里介绍如何使用 KimariDraw 绘制 UV-Vis 光谱，要使用 KimariDraw 绘制光谱首先必须得到相应的光谱数据，这在之前已经得到了。接着需要准备一个 toml 文件，下面是一个 KimariDraw 绘图所需要的 toml 文件。

请前往 KimariDraw Github 主页了解安装和使用信息