示例 16：formchk、cubegen 与 Multiwfn 后处理（苯酚与水二聚体）¶
目的¶
用两个小体系演示第16章的完整后处理链：
- 苯酚：B3LYP-D3(BJ)/def2-SVP 优化 + 频率，再在 B3LYP/def2-TZVP 下做单点，保留波函数；
formchk→ 从 fchk 读取 HOMO/LUMO 能量 →cubegen生成 HOMO/LUMO、电子密度和同格点 ESP 的 cube；- Multiwfn 命令流：苯酚分子表面 ESP 定量分析（主功能 12）、TD-DFT UV-Vis 曲线导出（主功能 11）；
- 水二聚体的 IGMH 弱相互作用分析（主功能 20 → 11）；
- 用
Output=WFX写出 AIM 风格的波函数文件。
对应教程：第16章 检查点文件、cubegen 与 Multiwfn 后处理。
文件说明¶
| 文件 | 说明 |
|---|---|
phenol_opt_sp.gjf |
两步 --Link1--：① B3LYP EmpiricalDispersion=GD3BJ def2SVP Opt Freq；② B3LYP/def2TZVP Geom=Check Guess=Read 单点。两步都写 phenol.chk，所以最后 chk 中是 def2-TZVP 的波函数。初始坐标由 RDKit/MMFF 生成，只是优化起点 |
phenol_td.gjf |
%oldchk=phenol.chk 读取结构，CAM-B3LYP/def2TZVP TD(NStates=20) IOp(9/40=4)，写 phenol_td.chk。IOp(9/40=4) 让 Gaussian 打印所有绝对值大于 10⁻⁴ 的组态系数，供 Multiwfn 激发态分析使用 |
water_dimer.gjf |
水二聚体：def2-SVP 优化 + 频率，再做 def2-TZVP 单点。原子 1–3 为氢键供体水，4–6 为受体水（IGMH 的片段定义依赖这个顺序） |
wfx_output_example.gjf |
水的单点，Output=WFX，在坐标后的输入段中给出文件名 water.wfx |
formchk_cubegen_homo_lumo.sh |
chk → fchk；从 fchk 读出 HOMO/LUMO 能量和能隙；生成 *_homo.cub、*_lumo.cub（默认 npts=-3） |
density_esp_cube.sh |
生成密度 cube，再用 npts=-1 + 模板 cube 生成同格点的 ESP cube，并检查两者格点是否一致 |
multiwfn_esp_surface_cmds.txt |
Multiwfn 命令流：主功能 12 → 开始分析 → 导出极值点（txt、pdb）和表面顶点（vtx.pdb） |
multiwfn_igmh_dimer_cmds.txt |
Multiwfn 命令流：主功能 20 → IGMH → 两个片段 1-3 / 4-6 → 中等格点 → 导出 cube |
multiwfn_uvvis_plot_cmds.txt |
Multiwfn 命令流：主功能 11 → UV-Vis → 导出谱线和展宽曲线数据 |
run_multiwfn_examples.sh |
依次运行上面三个命令流，并把 Multiwfn 固定名称的输出文件改名 |
run_g16_jobs_slurm.sh |
Slurm 脚本：按顺序运行 4 个 Gaussian 作业并生成 fchk |
命令流逐行说明¶
命令流文件中不能写注释（Multiwfn 会把整行当作输入），所以说明放在这里：
multiwfn_esp_surface_cmds.txt
| 行 | 输入 | 含义 |
|---|---|---|
| 1 | 12 |
主功能 12：分子表面定量分析 |
| 2 | 0 |
用默认设置开始（ρ = 0.001 a.u. 等值面，映射函数为 ESP） |
| 3 | 1 |
后处理菜单：极值点导出为 surfanalysis.txt |
| 4 | 2 |
极值点导出为 surfanalysis.pdb（B 因子列为 ESP 值） |
| 5 | 6 |
所有表面顶点导出为 vtx.pdb |
multiwfn_igmh_dimer_cmds.txt
| 行 | 输入 | 含义 |
|---|---|---|
| 1 | 20 |
主功能 20：弱相互作用可视化 |
| 2 | 11 |
IGMH 分析 |
| 3 | 2 |
定义 2 个片段 |
| 4 | 1-3 |
片段 1 的原子 |
| 5 | 4-6 |
片段 2 的原子 |
| 6 | 2 |
中等质量格点 |
| 7 | 3 |
把 cube 文件导出到当前目录（作图需要 sl2r.cub 和 dg_inter.cub） |
multiwfn_uvvis_plot_cmds.txt
| 行 | 输入 | 含义 |
|---|---|---|
| 1 | 11 |
主功能 11：绘制光谱 |
| 2 | 3 |
UV-Vis |
| 3 | 2 |
导出 spectrum_line.txt（离散线）和 spectrum_curve.txt（展宽曲线），使用默认展宽参数 |
三个命令流结束时都没有退回主菜单，Multiwfn 读到文件结尾后会打印 end-of-file during read 之类的信息并退出。Multiwfn 手册说明这不是错误。
Important
这些命令流是按 Multiwfn 在线手册（2026 年 11 月版本）中的菜单编号编写的，本仓库没有附带运行结果。Multiwfn 更新频繁，第一次使用前请先交互运行一遍，确认每一步的提示与上表一致；如果版本差异导致菜单编号变化，按屏幕提示修改命令流即可。
运行步骤¶
cd Gaussian/examples/16-postprocess-multiwfn
# 1) Gaussian jobs (phenol_td must run after phenol_opt_sp: it reads phenol.chk)
sbatch run_g16_jobs_slurm.sh # or run the four inputs one by one:
# g16 < phenol_opt_sp.gjf > phenol_opt_sp.log
# g16 < phenol_td.gjf > phenol_td.log
# g16 < water_dimer.gjf > water_dimer.log
# g16 < wfx_output_example.gjf > wfx_output_example.log
# 2) fchk, HOMO/LUMO energies and orbital cubes
bash formchk_cubegen_homo_lumo.sh phenol.chk -3
# 3) density + ESP on the same grid (4 cores for the ESP)
bash density_esp_cube.sh phenol.fchk 4
# 4) Multiwfn analyses (ESP surface, IGMH, UV-Vis)
bash run_multiwfn_examples.sh
在 Windows 上：G16W 运行 .gjf，用 G16W 的 Utilities 菜单（或命令提示符）运行 formchk/cubegen；Multiwfn 命令流可以在命令提示符中运行，例如 Multiwfn phenol.fchk < multiwfn_esp_surface_cmds.txt > out.txt。PowerShell 中写作 Get-Content multiwfn_esp_surface_cmds.txt | .\Multiwfn.exe phenol.fchk > out.txt。
预期结果 / 如何检查¶
| 检查项 | 命令 | 期望 |
|---|---|---|
| 苯酚两步都正常结束 | grep -c "Normal termination" phenol_opt_sp.log |
3（Opt、Freq、单点各一次） |
| 苯酚是极小点 | grep "imaginary frequencies" phenol_opt_sp.log |
无输出 |
| fchk 中的波函数来自单点 | sed -n 2p phenol.fchk |
第 2 行显示 B3LYP 和 def2TZVP |
| HOMO/LUMO | bash formchk_cubegen_homo_lumo.sh 的输出 |
打印 HOMO、LUMO 能量（eV）和能隙；HOMO 应为苯环 π 轨道，在 GaussView 中检查 |
| ESP 与密度同格点 | density_esp_cube.sh 的输出 |
OK: ... share the same grid |
| ESP 表面极值 | grep "Global surface" phenol_esp_surface.out |
全局极小位于 O 孤对电子一侧，全局极大位于羟基 H 外侧 |
| TD 激发态 | grep "Excited State" phenol_td.log \| head |
20 个激发态，列出 eV、nm 和振子强度 f |
| UV-Vis 数据 | head phenol_td_spectrum_curve.txt |
两列（能量或波长、摩尔吸光系数） |
| IGMH | ls igmh_cubes |
含 sl2r.cub 和 dg_inter.cub；在 VMD 中用 Multiwfn 自带的 IGM_inter.vmd 作图，O–H···O 区域应为蓝色小圆盘 |
| wfx | ls -l water.wfx |
文件存在，可被 Multiwfn 直接读取 |
本仓库没有附带输出文件和参考数值，所有数值请以你自己的计算为准。也可以用仓库脚本 batch_cube_multiwfn.sh 对一个目录下的所有 chk 批量生成 cube 并调用 Multiwfn（bash ../../scripts/batch_cube_multiwfn.sh -h 查看用法），用 spectrum_uvvis_ecd.py 在不装 Multiwfn 的情况下画 UV-Vis（python ../../scripts/spectrum_uvvis_ecd.py -h）。
注意事项¶
%nprocshared=8、%mem=8GB与run_g16_jobs_slurm.sh中的--cpus-per-task=8、--mem=10G配套；修改时要同步调整（第17章）。- 激发态分析（Multiwfn 主功能 18）必须用
phenol_td.fchk配合phenol_td.log，不能用基态的phenol.fchk，因为两者的泛函不同。 - Multiwfn 的输出文件名是固定的（
surfanalysis.txt、spectrum_curve.txt、sl2r.cub等），批处理时每次运行后都要改名，run_multiwfn_examples.sh已经这样做了。 - Linux 下运行 Multiwfn 前确认
ulimit -s unlimited和OMP_STACKSIZE已设置，否则大体系可能崩溃。 - 想让 Multiwfn 调用 cubegen 加速 ESP 计算，在
settings.ini中设置cubegenpath。 water_dimer.gjf中的初始结构是手工搭建的近似 Cs 结构，优化后应保持一个线性的 O–H···O 氢键。