第2章 输入文件结构详解（Gaussian Input File Anatomy: Link 0, Route, Molecule Specification and Link1）

本章逐段拆解 Gaussian 16 输入文件（.gjf/.com）：Link 0 命令（%chk、%oldchk、%mem、%nprocshared、%cpu）、route 关键词行（#p、Opt=(TS,CalcFC)、IOp）、标题、电荷与自旋多重度、笛卡尔坐标与 Z-matrix、冻结标记与片段标签（Fragment）、Geom=Connectivity 连接表、Geom=Check/AllCheck 与 Guess=Read 读取 chk、--Link1-- 多步作业，以及 NoSymm 和坐标重定向。读完本章，你能手写或修改任何常规 Gaussian 输入，并看懂 GaussView 生成的输入里每一行在做什么。

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1. 本章目标与适用场景

你将学会	对应小节
输入文件各段的顺序与空行规则	§2
Link 0 命令的写法、单位和优先级	§3
route 行的写法：#/#p/#t、关键词选项、IOp	§4
正确设置电荷与自旋多重度，并做电子数奇偶校验	§6
笛卡尔坐标、Z-matrix、混合格式；原子参数（Fragment、Iso）和冻结标记	§7
坐标之后的附加输入段（连接表、ModRedundant、Gen 基组等）的顺序	§8
Geom=Connectivity 连接表的含义，以及删除时的注意事项	§9
从 chk 读结构和波函数（Geom=Check、Geom=AllCheck、Guess=Read、%oldchk）	§10
用 --Link1-- 写"优化+频率 → 高精度单点"的多步作业	§11
输入单位、对称性、标准取向与 NoSymm	§12

本章示例输入都在 examples/02-input-anatomy。

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2. 原理速览：输入文件的整体结构

2.1 各段顺序

Gaussian 按"段"读取输入，段与段之间用空行分隔。完整顺序如下：

%chk=job.chk                 <- Link 0 commands (lines starting with %), NO blank line after
%mem=8GB
%nprocshared=16
#p B3LYP/6-31G(d) Opt Freq   <- route section (one or more lines starting with #)
                             <- blank line
title line(s), at most 5     <- title section
                             <- blank line
0 1                          <- charge and spin multiplicity
C   0.000  0.000  0.000      <- molecule specification
H   0.000  0.000  1.090
...
                             <- blank line
additional input sections    <- e.g. connectivity, ModRedundant, Gen basis, ECP ...
                             <- each one ends with a blank line
                             <- the FILE must end with a blank line

段	是否必需	结束标志	说明
Link 0（% 行）	否	不需要空行，直接接 route	文件名、内存、核数等资源设置
route（# 行）	是	空行	方法、基组、任务类型和各种选项
title	是（Geom=AllCheck 时省略）	空行	最多 5 行，只做注释，不参与计算
电荷/多重度 + 分子坐标	是（Geom=AllCheck 时省略；Geom=Check 时只写电荷多重度行）	空行	见 §6、§7
附加输入段	视关键词而定	通常是空行	顺序固定，见 §8

Important

两条最重要的规则：① Link 0 行与 route 行之间不能有空行；② 文件最后必须有空行。违反规则时，L101 常报 End of file in ZSymb.，或者把下一段内容当成本段来读，出现莫名其妙的错误。

2.2 通用语法规则

根据官方 About Gaussian 16 Input 文档：

• 输入不区分大小写，格式自由。B3LYP、b3lyp、B3lyp 都一样。
• 同一行内的各项可以用空格、制表符、逗号或斜杠分隔，多个空格视为一个分隔符。所以 0 1 和 0,1 都可以，O 0.0 0.0 0.0 和 O,0.0,0.0,0.0 也都可以。
• 关键词的选项有四种写法，等价：Opt=TS、Opt(TS)、Opt=(TS,CalcFC)、Opt(TS,CalcFC)。多个选项必须放在括号里。
• 关键词和选项可以缩写到在整个 Gaussian 系统中唯一的最短形式（例如 SCF=Conventional 可以写成 SCF=Conven，但不能写成 Conv，因为还有 Convergence）。为了可读性和可移植性，不建议缩写。
• ! 开始注释，可以出现在行内任何位置，也可以单独成行。
• @filename 把外部文件的内容插入到当前位置，写成 @filename/N 时不在输出开头回显该文件内容。常用于引用基组文件（第3章）。

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3. Link 0 命令

3.1 常用命令一览

命令	示例	作用与说明
%Chk	%chk=ts1.chk	检查点文件的名称和位置，可带路径。几乎每个作业都应写，便于续算、读结构、作图
%OldChk	%oldchk=opt.chk	作业步开始时，把这个 chk 的内容复制到 %chk 指定的新 chk 中，旧文件保持不变。推荐用它从上一个作业读取数据
%Mem	%mem=8GB	动态内存上限。单位可以是 KB、MB、GB、TB 或 KW、MW、GW、TW（W = 8 字节的 word），数字和单位之间不留空格。不写单位时按 word 计。默认 800 MB（100 MW）
%NProcShared	%nprocshared=16	共享内存并行使用的核数，由操作系统选择具体是哪些核
%CPU	%cpu=0-15	指定具体的核编号列表，可用逗号和范围，例如 0-7,16-23；官方推荐它取代 %NProcShared
%GPUCPU	%gpucpu=0-1=0,1	GPU 列表 = 控制核列表，仅 Linux + NVIDIA GPU；控制核也要包含在 %CPU 中（第17章）
%LindaWorkers	%lindaworkers=node1,node2	Linda 跨节点并行（另需 Linda 许可）
%RWF	%rwf=/scratch/a/,50GB,/scratch/b/,-1	指定（或拆分到多个磁盘）读写文件 .rwf；只写目录时必须以 / 结尾，-1 表示不限大小
%NoSave	%nosave	正常结束后删除在它之前命名的 scratch 文件；在它之后命名的文件会保留
%Save	%save	结束时保留 scratch 文件（调试用）
%KJob	%kjob l502 2	第 2 次运行完 Link 502 后停止（调试用）

%NoSave 的典型写法：保留 chk、删除 rwf。

%rwf=/scratch/user/water
%nosave
%chk=water

%rwf 在 %nosave 之前，作业成功后会被删除；%chk 在之后，会被保留。作业异常结束时所有文件都会保留，方便续算。

3.2 %nprocshared 与 %cpu 怎么选

情形	推荐
独占整个节点或自己的工作站	%cpu=0-N 或 %nprocshared=N，都可以
集群共享节点（多个作业共用一个节点）	%nprocshared=N，N 等于申请的核数。%cpu=0-15 会把线程绑到 0–15 号核，而调度系统分给你的可能是 16–31 号核，结果反而更慢甚至出错
用脚本统一管理	输入中不写，在作业脚本中设置环境变量 GAUSS_CDEF（或命令行 -c）；见 第17章

Warning

%nprocshared 不要大于作业实际申请到的核数，否则会严重超订（oversubscription），速度可能慢几倍。例如 Slurm 申请 --cpus-per-task=16，输入里就写 %nprocshared=16，不要写 64。%mem 取申请内存的 75–85%，给程序本身留出余量。

3.3 Link 0、命令行、环境变量与 Default.Route

同一个设置有四种来源，优先级从高到低（官方 Link 0 Commands → Equivalencies）：

优先级	方式	示例
1（最高）	输入文件中的 Link 0 行	%mem=8GB、%cpu=0-7
2	g16 命令行选项（B.01 起）	g16 -m=8GB -c="0-7" job.gjf
3	环境变量	export GAUSS_MDEF=8GB、export GAUSS_CDEF="0-7"
4	Default.Route 文件（当前目录或 $GAUSS_EXEDIR）	-M- 8GB、-C- 0-7

对应关系：%Mem ↔ -m ↔ GAUSS_MDEF ↔ -M-；%CPU ↔ -c ↔ GAUSS_CDEF ↔ -C-；%GPUCPU ↔ -g ↔ GAUSS_GDEF ↔ -G-；%LindaWorkers ↔ -w ↔ GAUSS_WDEF ↔ -W-。%NProcShared 对应的 -p/GAUSS_PDEF/-P- 已被官方标为 deprecated。还有 -r/GAUSS_RDEF 可以给所有作业追加默认 route 关键词。

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4. Route 段

4.1 #、#p、#t

route 段以 # 开头，可以写多行，以空行结束。

写法	输出详细程度	建议
# 或 #N	正常输出	可以
#P	额外输出：每轮 SCF 迭代、各 Link 的进出与计时等	推荐。诊断 SCF 不收敛等问题时非常有用，文件也大不了多少
#T	精简输出（terse）	不推荐，排查问题时信息不够

4.2 关键词、选项与"模型化学"

route 的核心是"方法/基组"（Gaussian 称为 model chemistry）加任务类型：

#p B3LYP/6-31G(d) EmpiricalDispersion=GD3BJ Opt=(MaxCycles=200) Freq SCRF=(SMD,Solvent=Water)
   |____________|  |_______________________| |__________________| |__| |______________________|
   method/basis      dispersion correction    job type + options  job   implicit solvent

• 方法/基组用斜杠连接，例如 B3LYP/6-31G(d)、M062X/def2TZVP、HF/STO-3G。也可以分开写成 B3LYP 6-31G(d)，但斜杠写法最清楚。不写基组时默认用 STO-3G。
• 任务类型：SP（单点，默认）、Opt、Freq、IRC、Scan、Stable、NMR、Polar 等，可以组合，例如 Opt Freq。Gaussian 会把 Opt Freq 自动拆成两个作业步（优化完成后自动做频率），所以 log 中会有两行 Normal termination。
• 方法名前可以加 R（限制性）、U（非限制性）、RO（限制性开壳层），例如 UB3LYP。不加时，单重态默认用 R，其他多重度默认用 U（第13章）。

常见 route 示例：

route	含义
#p B3LYP/6-31G(d) EmpiricalDispersion=GD3BJ Opt Freq	有机分子优化 + 频率的常用写法
#p M062X/def2TZVP EmpiricalDispersion=GD3 SCRF=(SMD,Solvent=Water)	溶液中的高精度单点
#p wB97XD/def2SVP Opt=(TS,CalcFC,NoEigenTest) Freq	过渡态优化 + 频率（第7章）
#p B3LYP/GenECP EmpiricalDispersion=GD3BJ Opt	含重元素的混合基组（第3章）
#p TD=(NStates=20) CAM-B3LYP/def2TZVP	前 20 个激发态（第10章）
#p B3LYP/def2SVP Opt=ModRedundant	带约束的优化，坐标后要写 ModRedundant 段（第5章、第8章）
#p wB97XD/def2TZVP Geom=Check Guess=Read	从 chk 读结构和初猜做单点（§10）

Tip

提交前用 testrt "#p B3LYP/6-31G(d) Opt=(TS,CalcFC) Freq" 检查语法。有语法错误时它会打印 QPErr 和出错位置（只报第一个错误）。注意 testrt 只检查语法，不检查关键词组合在化学上是否合理。

4.3 IOp：内部选项

IOp(overlay/option=value) 直接设置 Gaussian 内部的"非标准 route"选项，多个用逗号分隔：

#p TD=(NStates=10) CAM-B3LYP/def2SVP IOp(9/40=4)
#p HF/6-31G(d) Pop=MK IOp(6/33=2,6/41=10,6/42=17)

第一行让 TD 输出打印更多的跃迁组态系数（第10章），第二行输出 RESP 拟合所需的静电势格点（第12章）。官方 DFT 文档还用 IOp(3/76=...)、IOp(3/77=...)、IOp(3/78=...) 自定义杂化泛函中各部分的比例。

官方 IOp 文档的几条规则：

• IOp(ov/op=val) 把 overlay ov 的第 op 号选项设为 val，并且作用于该 overlay 在这个作业步中的每一次出现；
• 显式写在 route 中的 IOp 不会传递到自动生成的后续作业步。例如 Opt Freq 中的频率步收不到你写的 IOp；想让优化和频率都用某个非默认格点，必须用 Int=Grid=... 这样的正式关键词，而不能用 IOp；
• 使用 IOp 后，log 末尾不再生成 archive 段。

Caution

IOp 的风险：① 选项含义只在 IOps Reference 和少数关键词页面中说明，可能随版本变化；② 它不在关键词合法性检查范围内，写错往往不报错，只是悄悄得到错误结果；③ 在 Opt Freq 等组合任务中只对第一步生效，容易造成前后两步设置不一致。只使用官方文档或可靠文献中明确给出的 IOp，在论文 SI 中写明完整 route；能用正式关键词实现的功能就不要用 IOp。

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5. Title 段

• 至少一行，最多 5 行，以空行结束。
• Gaussian 不解释其内容，只原样写入输出和 archive 段。
• 写清"体系 + 任务 + 条件"，例如 TS1 for SN2 Cl- + CH3Br, SMD water。
• 官方建议避免使用 @、#、! 和反斜杠等特殊字符（@ 表示包含文件，! 表示注释）。只用 ASCII 字符，不要写中文。
• 用 Geom=AllCheck 时 title 从 chk 中读取，输入中不能再写 title（§10）。

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6. 电荷与自旋多重度

6.1 定义

分子坐标段的第一行是净电荷和自旋多重度：

\[ 2S+1,\qquad S=\frac{N_\alpha-N_\beta}{2} \]

电子总数为

\[ N_e=\sum_A Z_A-q \]

其中 \(Z_A\) 是原子序数，\(q\) 是净电荷（阳离子为正）。奇偶校验：\(N_e\) 为偶数时，多重度只能是奇数（1、3、5…）；\(N_e\) 为奇数时，多重度只能是偶数（2、4、6…）。不满足时 L301 报错：

 The combination of multiplicity 1 and 17 electrons is impossible.

使用赝势（ECP）不影响奇偶性，因为 ECP 替换掉的芯电子数总是偶数。

6.2 示例

体系	\(\sum Z\)	电荷	\(N_e\)	多重度	电荷/多重度行
H2O	10	0	10	1（单重态）	0 1
OH· 自由基	9	0	9	2（二重态）	0 2
OH⁻	9	−1	10	1	-1 1
NH4⁺	11	+1	10	1	1 1
O2 基态	16	0	16	3（三重态，\(^3\Sigma_g^-\)）	0 3
O2 单重态（激发态）	16	0	16	1	0 1
CH2 卡宾	8	0	8	3（基态）或 1	0 3 / 0 1
苯自由基阴离子	42	−1	43	2	-1 2
[Fe(H2O)6]³⁺ 高自旋（d⁵）	86	+3	83	6	3 6
[Cu(NH3)4]²⁺（d⁹）	69	+2	67	2	2 2

Tip

过渡金属配合物的多重度往往不止一种可能（高自旋/低自旋）。应计算几种可能的多重度并比较能量，同时检查 \(\langle S^2\rangle\) 和波函数稳定性，详见 第13章。

6.3 片段的电荷与多重度

Counterpoise（BSSE 校正，第14章）和 Guess=Fragment（碎片初猜/broken-symmetry，第13章）需要为每个片段分别指定电荷与多重度，格式为：

total_charge total_mult  frag1_charge frag1_mult  frag2_charge frag2_mult ...

例如两个中性单重态分子组成的复合物写 0 1 0 1 0 1。原子用 (Fragment=n) 标注归属，片段编号必须从 1 开始连续编号。Guess=Fragment 中负的多重度表示该片段的未成对电子取 β 自旋。ONIOM 的电荷多重度行有自己的格式（按层给出多对），见 第15章。

6.4 用脚本做奇偶校验

示例目录中的 check_charge_mult.py 读取 gjf 的电荷/多重度行和原子列表，计算电子数并检查奇偶性（支持笛卡尔坐标、Z-matrix、C1、O(Fragment=1)、C-CT-0.1 这类标签，以及 Bq 鬼原子）。核心逻辑只有几行：

mol = sections(path)[2]                        # molecule specification block
nums = [int(x) for x in re.split(r"[\s,]+", mol[0].strip())]
charge, mult = nums[0], nums[1]                # total charge / multiplicity
nelec = -charge
for line in mol[1:]:
    f = line.split()
    if f[0].lower().rstrip(":") in ("variables", "constants"):
        break                                  # Z-matrix variable section
    if len(f) == 2 or ("=" in f[0] and "(" not in f[0]):
        continue                               # "R1 0.97" or "R1=0.97"
    nelec += atomic_number(f[0].split(",")[0])
ok = nelec % 2 != mult % 2                     # even N_e <-> odd multiplicity

python check_charge_mult.py *.gjf

仓库的输入生成器 gjf_builder.py 生成输入时也会做同样的检查（python ../scripts/gjf_builder.py -h）。

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7. 分子坐标

7.1 笛卡尔坐标

最常用、最直观的格式：元素 x y z，默认单位 Å。

0 1
C     1.168181   -0.400382    0.000000
C     0.000000    0.559462    0.000000
O    -1.190083   -0.227669    0.000000
H    -1.946623    0.381525    0.000000
...

完整示例见 ethanol_cartesian.gjf。元素可以写符号，也可以写原子序数（6 等于 C）；符号后可以跟编号作为标签（C1、C2，标签总长不超过 4 个字符）。

7.2 Z-matrix（内坐标）

每行用键长、键角、二面角相对已定义的原子来确定新原子的位置：

Element  atom1 bond-length  atom2 bond-angle  atom3 dihedral

过氧化氢示例（h2o2_zmatrix.gjf）：

0 1
H
O 1 R1
O 2 R2 1 A1
H 3 R1 2 A1 1 D1
  Variables:
R1 0.97
R2 1.45
A1 100.0
D1 115.0

行	含义
H	第 1 个原子，放在原点
O 1 R1	第 2 个原子，与原子 1 相距 R1
O 2 R2 1 A1	第 3 个原子，与原子 2 相距 R2，键角 ∠(3-2-1) = A1
H 3 R1 2 A1 1 D1	第 4 个原子，与原子 3 相距 R1，键角 ∠(4-3-2) = A1，二面角 (4-3-2-1) = D1
Variables: 段	给变量赋值；两个 O–H 共用变量 R1，表示二者相等

要点：

• 键角必须在 0° 到 180° 之间（不能正好等于 180°），二面角可以取任意值。直线型片段（如 C≡C–H）要借助哑原子 X 处理。
• 原子引用既可以用序号（从 1 开始，电荷多重度行算第 0 行），也可以用标签（如 O1）。
• 变量段之后还可以写 Constants: 段，其中的变量在优化中保持固定。
• 默认的 Opt 会把 Z-matrix 转换成冗余内坐标来优化；Opt=Z-matrix 才严格按 Z-matrix 变量优化。现在做约束优化更推荐 Opt=ModRedundant（第5章）。
• 刚性扫描（Scan 关键词）正是在 Z-matrix 变量上定义的（第8章）。

哑原子示例（固定 NH3 的三重轴）：

0 1
N
X 1 1.0
H 1 NH 2 HNX
H 1 NH 2 HNX 3  120.0
H 1 NH 2 HNX 3 -120.0
  Variables:
NH 1.01
HNX 68.0

X 不计入原子编号（ModRedundant 等处的原子序号不包括哑原子），也不带电子。

7.3 混合格式

笛卡尔行和 Z-matrix 行可以出现在同一个分子说明中，例如先用笛卡尔坐标给出骨架，再用内坐标挂上 H：

0 1
C     0.000000    0.000000    0.000000
O     0.000000    0.000000    1.205000
H 1 1.10 2 121.8
H 1 1.10 2 121.8 3 180.0

7.4 原子附加参数

在元素符号后用括号添加参数，多个参数用逗号分隔：

参数	示例	用途
Fragment=n	O(Fragment=1)	片段归属，用于 Counterpoise、Guess=Fragment（§6.3）
Iso=n	H(Iso=2)	同位素质量（整数时取该同位素的精确质量），影响频率和热化学
Spin=n	C(Iso=13,Spin=3)	核自旋（单位 1/2），用于 NMR/ESR 相关性质
ZNuc=n、QMom=n 等	—	修改核电荷、核四极矩等，少用

示例：C(Iso=13,Fragment=2) 0.00 0.00 0.00。

分子力学和 ONIOM 计算还会在元素后加原子类型和部分电荷，例如 C-CT-0.32；O-Bq 表示 O 的鬼原子（有基函数和格点，但没有核电荷和电子）。详见 第14章、第15章。

7.5 冻结标记

笛卡尔坐标的元素后可以加一个整数冻结标记：

0 1
C    0   0.000000   0.000000   0.000000    ! 0 (or omitted): optimized
C   -1   1.540000   0.000000   0.000000    ! -1: frozen in Opt
...

标记	含义
省略或 0	正常优化
-1	该原子在几何优化中固定不动

冻结标记只对 Opt 生效，单点计算会忽略它。表面簇模型固定边缘原子、蛋白活性位点截取模型固定骨架原子时常用。更灵活的约束（固定某个键长、键角、二面角）用 Opt=ModRedundant，见 第5章。GaussView 中可以用 Edit → Atom List 批量设置冻结。

7.6 片段标签完整示例

fragment_labels_example.gjf 是水–氨氢键复合物的 Counterpoise 单点：

%chk=h2o_nh3_cp.chk
%mem=2GB
%nprocshared=4
#p B3LYP/6-31+G(d,p) EmpiricalDispersion=GD3BJ Counterpoise=2

water ammonia complex, counterpoise corrected single point

0 1 0 1 0 1
O(Fragment=1)     0.000000    0.000000   -2.980000
H(Fragment=1)     0.000000    0.000000   -2.010000
H(Fragment=1)     0.929422    0.000000   -3.220365
N(Fragment=2)     0.000000    0.000000    0.000000
H(Fragment=2)     0.940000    0.000000    0.380000
H(Fragment=2)    -0.470000    0.814064    0.380000
H(Fragment=2)    -0.470000   -0.814064    0.380000

Counterpoise=2 表示 2 个片段；电荷多重度行依次是整体、片段 1、片段 2。每个原子都必须标注片段，漏标会导致报错或得到错误的 BSSE。输出的读法和结合能的计算见 第14章。

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8. 附加输入段及其顺序

很多关键词需要在分子坐标之后再读一段输入。多个附加段同时存在时，顺序是固定的（摘自官方 Section Ordering 表，只列常用部分）：

顺序	附加段	触发关键词	末尾空行
1	连接表	Geom=Connectivity / Geom=ModConnectivity	是
2	冻结原子修改	Geom=ReadOpt	是
3	内坐标修改（约束、扫描）	Opt=ModRedundant	是
4	第 2/第 3 个分子（title + 坐标）	Opt=QST2 / Opt=QST3	是
5	同位素质量	Freq=ReadIsotopes	是
6	基组	Gen、GenECP、ExtraBasis	是
7	ECP	Pseudo=Read、GenECP	是
8	PCM 额外参数	SCRF=Read	是
9	NBO 输入	Pop=NBORead 等	—

例如同时使用 Geom=Connectivity、Opt=ModRedundant、GenECP 时：

0 1
... coordinates ...
                        <- blank
 1 2 1.0 3 1.0          <- connectivity table
 2
 3
                        <- blank
B 1 2 F                 <- ModRedundant input
                        <- blank
C H O 0                 <- Gen basis section
6-31G(d)
****
Pd 0
LANL2DZ
****
                        <- blank
Pd 0                    <- ECP section
LANL2DZ
                        <- blank (end of file)

---

9. Geom=Connectivity 与连接表

9.1 格式

GaussView 保存 gjf 时默认在 route 中加 Geom=Connectivity，并在坐标后写连接表：

 1 2 2.0 3 1.0 5 1.0
 2
 3 4 1.0
 4
 5 6 1.0 7 1.0 8 1.0
 6
 7
 8

每行格式为 M N1 Order1 N2 Order2 ...：原子 M 与 N1 以键级 Order1 成键，依此类推。每个原子占一行（即使没有新增的键也要写出编号），每个键只在编号较小的原子那一行出现一次。键级 1.0、1.5（芳香）、2.0、3.0。上例是乙酸（C1=O2，C1–O3，O3–H4，C1–C5，C5–H6/H7/H8），完整输入见 geom_connectivity_example.gjf。

9.2 什么时候需要、什么时候可以删

计算	连接表的作用
普通 DFT/HF 的单点、优化、频率	基本不起作用（冗余内坐标会根据几何自动生成），可以删
分子力学（UFF、Amber）和 ONIOM 的 MM 部分	必需，决定成键项和原子类型
难以自动识别成键的体系（金属配位、弱配位）	可以用它或 Geom=ModConnectivity 显式补充键，影响优化所用的内坐标

Warning

删除连接表时必须同时删掉 route 中的 Geom=Connectivity，反之亦然。只删其中之一，Gaussian 会把下一段（如 Gen 基组或 ModRedundant）当成连接表来读，或者等待一段不存在的输入，从而报错。增删原子后，连接表的行数和编号也必须同步修改。

Geom=ModConnectivity 只写需要修改的行，键级写 -1 表示删除这根键：8 4 1.0 5 2.0 9 -1。

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10. 从检查点文件读取：Geom=Check、Geom=AllCheck、Guess=Read、%OldChk

多步计算时，不要从 log 中手抄坐标。直接从 chk 读取不会损失精度，也不容易出错。

写法	从 chk 读什么	输入中还要写什么
Geom=Check	几何（包括 Z-matrix 变量）	title、电荷/多重度行（不写坐标）
Geom=AllCheck	几何、电荷/多重度、title	只写 route（以及关键词需要的附加段），不写 title 和电荷多重度
Guess=Read	分子轨道（作为 SCF 初猜）	与 Geom 选项独立；换了基组或方法时，Gaussian 会把旧轨道投影到新基组上
Opt=ReadFC / IRC=ReadFC	力常数（Hessian）	第5章、第7章
Geom=(Check,Step=N)	失败或中断的优化中第 N 步的结构	从中间步重启优化

%chk 与 %oldchk 的配合：

%oldchk=step1_opt.chk        <- read from here (left unchanged)
%chk=step2_sp_tz.chk         <- copy of it is made here, results are written here
#p wB97XD/def2TZVP Geom=AllCheck Guess=Read

• 只写 %chk=step1_opt.chk 也能读，但新计算的结果会覆盖这个 chk。如果新计算失败，旧的优化结果和波函数可能就没了。
• 用 %oldchk 读、%chk 写，旧文件保持不变，推荐这样做。
• chk 与 Gaussian 版本和平台有关。跨机器使用要先在原机器上 formchk 生成 fchk，再在新机器上 unfchk 转回 chk。C.01 起 chk 带版本号，旧 chk 可用 c8616 升级或 unfchk -fixver 处理（第16章）。

Note

Geom=AllCheck 默认沿用 chk 中的输入取向和连接信息。C.01 起，可以用 Geom=(AllCheck,UseStandardOrientation) 改用 chk 中的标准取向，用 Geom=(AllCheck,GenConnectivity) 重新生成连接关系。

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11. --Link1-- 多步作业

11.1 规则

一个输入文件中可以写多个作业步，用一行 --Link1-- 分隔：

• --Link1-- 的前面必须有一个空行（即上一步的输入已经完整结束）。
• 每一步都是完整的输入：Link 0 → route → title → 分子说明 → 附加段。
• Link 0 设置按作业步生效。稳妥的做法是每一步都写全 %chk、%mem、%nprocshared，而且各步的 %chk 名称要一致（或用 %oldchk 显式指定读取哪个 chk），否则 Geom=Check 找不到上一步的结果。
• 前一步失败时，后面的步骤也不会执行。

11.2 示例：优化 + 频率，再做高精度单点

link1_opt_then_sp.gjf：

%chk=h2co_link1.chk
%mem=2GB
%nprocshared=4
#p B3LYP/def2SVP EmpiricalDispersion=GD3BJ Opt Freq

formaldehyde opt and freq, step 1

0 1
O     0.000000    0.000000    0.683501
C     0.000000    0.000000   -0.536614
H     0.000000    0.934390   -1.124164
H     0.000000   -0.934390   -1.124164

--Link1--
%chk=h2co_link1.chk
%mem=2GB
%nprocshared=4
#p wB97XD/def2TZVP Geom=Check Guess=Read SP

formaldehyde single point at the optimized geometry, step 2

0 1

逐段解释：

部分	说明
第 1 步 route	B3LYP-D3(BJ)/def2-SVP 优化 + 频率。Opt Freq 本身就会在内部拆成两步，所以这个文件实际运行 3 个作业步，log 中会有 3 行 Normal termination
坐标后的空行	结束第 1 步的分子说明；同时满足 "--Link1-- 前必须有空行"
第 2 步 %chk	与第 1 步同名，才能读到优化后的结构
Geom=Check	从 chk 读优化后的几何；输入中仍需 title 和 0 1 行
Guess=Read	读第 1 步的轨道作初猜（会自动从 def2-SVP 投影到 def2-TZVP）
wB97XD/def2TZVP	在更高水平上做单点，写作 ωB97X-D/def2-TZVP//B3LYP-D3(BJ)/def2-SVP（第3章）
末尾空行	0 1 行后的空行结束分子说明段，同时也是文件末尾空行

检查：

grep -c "Normal termination" link1_opt_then_sp.log   # expect 3
grep "SCF Done" link1_opt_then_sp.log | tail -n 1    # the wB97XD energy

用 Geom=AllCheck 写第 2 步可以更短（不要 title 和电荷多重度行）：

--Link1--
%chk=h2co_link1.chk
%mem=2GB
%nprocshared=4
#p wB97XD/def2TZVP Geom=AllCheck Guess=Read SP

Tip

Opt Freq 合写与分两步（先 Opt，再用 Geom=AllCheck Guess=Read Freq 读 chk）是等价的，只要两步的方法、基组、溶剂模型、积分格点完全一致。频率计算必须与优化在同一水平下进行，否则驻点判断和热化学都没有意义（第6章）。

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12. 单位、对称性与坐标重定向

12.1 输入单位

默认长度单位是 Å，角度单位是度。Units 关键词可以修改：

关键词	含义
Units=Ang（默认）	长度 Å
Units=AU	长度 Bohr（原子单位，1 Bohr = 0.529177 Å）
Units=Rad	角度弧度

#p HF/6-31G(d) Units=AU

water in bohr

0 1
O     0.000000    0.000000    0.225372
H     0.000000    1.442312   -0.901488
H     0.000000   -1.442312   -0.901488

把 Bohr 坐标当成 Å 读入（或反之）是 L202 Small interatomic distances encountered 等错误的常见原因：例如 Å 坐标被当作 Bohr 读入，所有键长都会缩短约一半。从其他程序（如 VASP 中以分数坐标表示的结构、某些以 Bohr 输出的 xyz）拿结构时要特别注意单位。

12.2 标准取向与 NoSymm

Gaussian 默认会识别分子点群，并把分子平移、旋转到标准取向（Standard orientation），以便利用对称性节省计算量。因此：

• 输出中的轨道、偶极矩分量、多极矩、cube 文件都在标准取向坐标系中；
• 优化每一步打印的 Input orientation 和 Standard orientation 可能不同。

NoSymm（NoSymmetry 的常用简写）的作用是不重定向分子，所有计算都在输入取向下进行（程序仍会识别点群，但不利用对称性）。Symmetry=None 则完全跳过点群识别与对称性处理。

场景	是否加 NoSymm
常规优化、频率	一般不加，对称性能加速
需要与外部坐标系对应（加外电场、比较不同结构的偶极矢量、拼接分子）	加
柔性扫描、IRC、反应路径（避免结构在步骤之间被旋转、编号对应混乱）	常加
ONIOM、外部程序接口	常加
对称性导致波函数被约束在错误的态上（第4章、第13章）	加，或用 Guess=Mix、Stable=Opt
NoSymm 本身在识别点群时报错	改用 Symmetry=None

Note

优化会保持初始结构的点群。如果初始结构对称性偏高，可能停在鞍点上，必须用频率计算确认。想打破对称性，可以手动把结构轻微扰动（例如移动某个原子 0.02 Å），或用 NoSymm。

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13. 本章示例一览

文件	展示的知识点
ethanol_cartesian.gjf	完整的 Link 0 + route + title + 笛卡尔坐标；B3LYP-D3(BJ) Opt Freq
h2o2_zmatrix.gjf	Z-matrix + Variables: 段，共用变量
link1_opt_then_sp.gjf	--Link1--、Geom=Check、Guess=Read，high//low 两步
fragment_labels_example.gjf	(Fragment=n) 标签和多片段电荷多重度行，Counterpoise=2
geom_connectivity_example.gjf	GaussView 风格的 Geom=Connectivity 连接表
check_charge_mult.py	电子数奇偶校验小工具

运行方法与预期结果见 示例 README。

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参数选择与收敛建议

项目	建议	理由
route 前缀	#p	输出更全，诊断方便
%chk	每个作业都写，用有意义的名字	续算、读结构、作图都离不开它
读取旧结果	%oldchk 读 + %chk 写 + Geom=AllCheck Guess=Read	不覆盖旧 chk，也不必手抄坐标
%mem	申请内存的 75–85%	给程序开销留余量，避免被调度系统 kill
%nprocshared	等于申请的核数	避免超订
坐标格式	笛卡尔坐标；只在刚性扫描或需要变量约束时用 Z-matrix	直观、便于脚本处理
连接表	普通 QM 计算可以不要；要删就连同 Geom=Connectivity 一起删	避免读错
关键词	写全称，不缩写，避免 IOp	可读、可移植、可复现
多步作业	每步写全 Link 0；--Link1-- 前留空行	避免读不到 chk
对称性	默认开启；扫描、IRC、需要固定坐标系时 NoSymm	兼顾效率和可控性

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常见问题与报错

报错 / 现象	原因	解决
End of file in ZSymb.（l101）	title 后或文件末尾缺空行；缺电荷多重度行；CRLF 换行	补空行；dos2unix
QPErr --- A syntax error was detected in the input line.（l1）	route 中关键词拼错、括号不配对、选项不属于该关键词	看输出中标记的位置；testrt
The combination of multiplicity 1 and 17 electrons is impossible.（l301）	电荷或多重度与电子数奇偶性不符	按 §6 重新计算；用 check_charge_mult.py 检查
Small interatomic distances encountered（l202）	原子重叠、重复原子、Bohr/Å 单位混淆	GaussView 中检查结构；核对 Units
连接表相关的读取错误，或 Gen/ModRedundant 段被当成别的段读取	删了连接表但保留了 Geom=Connectivity（或反之），原子数改了但连接表没改	两者同时删除或同时保留并更新
Geom=Check 失败，提示 chk 中找不到几何或文件不存在	%chk 名与上一步不同；上一步失败没生成 chk；跨平台的 chk	统一 %chk 名或用 %oldchk；跨机器先 formchk 再 unfchk
第 2 步没有执行	--Link1-- 前缺空行，或前一步出错	补空行；先解决前一步的错误
结构在优化后"转了方向"，与输入坐标对不上	标准取向	用 NoSymm，或取输出中的 Input orientation
Counterpoise 或 Guess=Fragment 报错	片段电荷多重度行写错、原子漏标 Fragment、片段编号不连续	按 §6.3、§7.6 检查
冻结标记不起作用	单点计算中冻结标记会被忽略；或写在了 Z-matrix 行上	只在 Opt 中有效；Z-matrix 中用 Constants: 段

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练习

1. 把 ethanol_cartesian.gjf 改写成 Z-matrix 形式（可以用 GaussView 另存时不勾选 Write Cartesians，或用 newzmat 工具），比较两种输入优化得到的能量是否一致。
2. 在 ethanol_cartesian.gjf 中把两个碳原子的冻结标记设为 -1，重新优化，观察 C–C 键长是否保持不变。
3. 运行 link1_opt_then_sp.gjf，数一数 Normal termination 的行数，并解释为什么是 3。然后把第 2 步改写成 %oldchk + Geom=AllCheck 的形式。
4. 故意把 fragment_labels_example.gjf 的电荷多重度行改成 0 1（只写总体），运行并观察报错信息。
5. 计算下列体系的电子数和合理的多重度，并用 check_charge_mult.py 验证：NO、NO⁺、CN⁻、[Co(NH3)6]³⁺（低自旋）、Mn²⁺（高自旋）。

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参考资料

官方文档

• About Gaussian 16 Input：语法规则、各段顺序（Section Ordering）、多步作业
• Link 0 Commands：全部 % 命令与等价关系表
• g16 Command Line Options
• Molecule Specifications：电荷多重度、原子参数、片段、MM 类型、鬼原子
• Constructing Z-Matrices：Z-matrix、混合格式、哑原子
• Geom keyword：Check、AllCheck、Step、Connectivity、ModConnectivity、ModRedundant 语法
• Guess keyword、Symmetry keyword、Units keyword
• testrt：route 语法检查
• Gaussian 16 Rev. C.01/C.02 Release Notes：C.01 的 Geom=GenConnectivity、Geom=UseStandardOrientation，chk 版本号

相关 GitHub 仓库（仅外链，更多见 相关仓库汇总）

• mizu-bai/VSCode-Gaussian-Input-File-Support：gjf 语法高亮，减少 route 拼写错误
• polyluxus/tools-for-g16.bash：含调用 testrt 的 route 检查脚本和从 chk 派生新输入的工具
• Chempower-ZZH/auto_gjf：xyz/log 批量转 gjf 的轻量脚本
• chunxiangzheng/gaussian_log_file_converter：从 log 提取结构转 xyz/gjf
• maserasgroup-repo/pyssian：面向对象的 Gaussian 输入/输出解析库
• theochem/iodata：读写 fchk/log/wfn 等格式，并能生成 Gaussian 输入
• thisisntnathan/dftCourseCodeRepo：入门课程配套的 Gaussian 输入示例（CC0）

书籍

• J. B. Foresman, Æ. Frisch, Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, 3rd ed., Gaussian, Inc., 2015：第 1–2 章讲输入文件与 Z-matrix。

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