刚性分子流体的有效经典密度泛函理论与液态水的简化自由能泛函

经典密度泛函理论为理解非均匀流体的平衡性质提供了一种替代分子动力学模拟的有效方法。然而，将密度泛函理论应用于多位点分子流体迄今为止受到限制，原因在于位点密度隐含的分子几何约束带来的复杂性，其解决通常需要昂贵的蒙特卡洛方法。在此，我们提出了一种规避所谓反演问题的通用方案：取向密度的压缩表示。这种方法使我们能够结合流体构型多极表示的优越迭代收敛性与位点密度泛函的更高精度。接下来，从计算角度出发，我们展示了如何将电子密度泛函理论的 DFT++ 代数形式推广到经典流体情形，并提出了分子经典密度泛函理论形式的与基无关的离散化方法。最后，借助上述通用框架，我们构建了一个简化的水自由能泛函，该泛函能够捕捉液态水的径向分布、空化能以及线性和非线性介电响应。所得方法将实现对接触溶液或其他液体环境的原子尺度过程进行高效可靠的第一性原理研究。