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How accurate can Kohn-Sham density functional be for both main-group and transition metal reactions
Journal of Computational Chemistry ( IF 3.4 ) Pub Date : 2024-08-30 , DOI: 10.1002/jcc.27488 Yizhen Wang 1 , Igor Ying Zhang 1, 2, 3 , Xin Xu 1, 2
Journal of Computational Chemistry ( IF 3.4 ) Pub Date : 2024-08-30 , DOI: 10.1002/jcc.27488 Yizhen Wang 1 , Igor Ying Zhang 1, 2, 3 , Xin Xu 1, 2
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Achieving chemical accuracy in describing reactions involving both main-group elements and transition metals poses a substantial challenge for density functional approximations (DFAs), primarily due to the significantly different behaviors for electrons moving in the s,p-orbitals or in the d,f-orbitals. MOR41, a representative dataset of transition metal chemistry, has highlighted the PWPB95-D3(BJ) functional, a B2PLYP-type doubly hybrid (bDH) approximation equipped with an empirical dispersion correction, as the leading functional thus far (Dohm et al., J Chem Theory Comput 2018;14: 2596–2608). However, this functional is not among the top bDH methods for main-group chemistry (Goerigk et al., Phys Chem Chem Phys. 2017;19: 32184). Conversely, bDH methods such as DSD-BLYP-D3, proficient in main-group chemistry, often falter for transition metal chemistry. Herein, taking advantage of the home-made Rust-based Electronic-Structure Toolkits, we examine a suite of XYG3-type doubly hybrid (xDH) methods. We confirm that the trade-off in descriptive accuracy between main-group and transition metal systems persists within the realm of perturbation theory (PT2)-based xDH methods. Notably, however, our study ushers in a pivotal advance with the recently proposed renormalized xDH method, R-xDH7-SCC15. This method not only distinguishes itself among the elite methods for main-group chemistry, but also achieves an unprecedented accuracy for the MOR41 dataset, outperforming all other reported DFAs. The efficacy of R-xDH7-SCC15 stems from the successful integration of a renormalized PT2 correlation model (rPT2) and a machine-learning strong-correlation correction (SCC15), marking a significant step forward in the realm of computational chemistry.
中文翻译：
主基和过渡金属反应的 Kohn-Sham 密度泛函准确度如何
在描述涉及主族元素和过渡金属的反应时实现化学准确性对密度泛函近似 （DFA） 构成了重大挑战，主要是因为电子在 s，p 轨道或 d，f 轨道中移动的行为明显不同。MOR41 是过渡金属化学的代表性数据集，它强调了 PWPB95-D3（BJ） 泛函，一种配备经验色散校正的 B2PLYP 型双杂化 （bDH） 近似，是迄今为止的主要泛函（Dohm 等人，J Chem Theory Comput 2018;14: 2596–2608).然而，这种泛函并不在主族化学的顶级 bDH 方法之列（Goerigk 等人，Phys Chem Chem Phys. 2017;19: 32184).相反，精通主基团化学的 bDH 方法（如 DSD-BLYP-D3）在过渡金属化学方面往往步履蹒跚。在本文中，利用自制的基于 Rust 的电子结构工具包，我们研究了一套 XYG3 型双混合 （xDH） 方法。我们确认，在基于微扰理论 （PT2） 的 xDH 方法领域内，主群和过渡金属系统之间描述准确性的权衡仍然存在。然而，值得注意的是，我们的研究迎来了最近提出的重整化 xDH 方法 R-xDH7-SCC15 的关键进展。这种方法不仅在主基团化学的精英方法中脱颖而出，而且在 MOR41 数据集中实现了前所未有的准确性，优于所有其他已报道的 DFA。R-xDH7-SCC15 的功效源于重新标准化 PT2 相关模型 （rPT2） 和机器学习强相关校正 （SCC15） 的成功整合，标志着计算化学领域向前迈出了重要一步。
更新日期：2024-08-30
中文翻译：
主基和过渡金属反应的 Kohn-Sham 密度泛函准确度如何
在描述涉及主族元素和过渡金属的反应时实现化学准确性对密度泛函近似 （DFA） 构成了重大挑战，主要是因为电子在 s，p 轨道或 d，f 轨道中移动的行为明显不同。MOR41 是过渡金属化学的代表性数据集，它强调了 PWPB95-D3（BJ） 泛函，一种配备经验色散校正的 B2PLYP 型双杂化 （bDH） 近似，是迄今为止的主要泛函（Dohm 等人，J Chem Theory Comput 2018;14: 2596–2608).然而，这种泛函并不在主族化学的顶级 bDH 方法之列（Goerigk 等人，Phys Chem Chem Phys. 2017;19: 32184).相反，精通主基团化学的 bDH 方法（如 DSD-BLYP-D3）在过渡金属化学方面往往步履蹒跚。在本文中，利用自制的基于 Rust 的电子结构工具包，我们研究了一套 XYG3 型双混合 （xDH） 方法。我们确认，在基于微扰理论 （PT2） 的 xDH 方法领域内，主群和过渡金属系统之间描述准确性的权衡仍然存在。然而，值得注意的是，我们的研究迎来了最近提出的重整化 xDH 方法 R-xDH7-SCC15 的关键进展。这种方法不仅在主基团化学的精英方法中脱颖而出，而且在 MOR41 数据集中实现了前所未有的准确性，优于所有其他已报道的 DFA。R-xDH7-SCC15 的功效源于重新标准化 PT2 相关模型 （rPT2） 和机器学习强相关校正 （SCC15） 的成功整合，标志着计算化学领域向前迈出了重要一步。
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