第一性原理First-Principes是指根据原子核和电子相互作用原理及其基本运动规律，运用量子力学原理，从具体要求出发，经近似处理后直接求解薛定谔方程的方法，主要应用于物理/化学/生物/材料/能源及其交叉学科
计算内容：原子电荷、差分密度、电荷密度、态密度/分波态密度、表面能、迁移能垒、费米面、费米能级、自由能校正、功函数、杂化泛函、吉布斯自由能、吸附能、NRR、CO2-RR、UOR、OER/ORR、HER、扩散路径/扩散能垒、解离能垒/解离能、反应路径、声子谱、声子散射、旋轨耦合、磁矩、粘附功、单原子催化、晶格热导率、电子局域化函数ELF等
常见软件：QE、CASTEP Linux、MS、CP2K、ABINIT、WIEN2K、FHI-aims等
案例分享①反应路径图：主要用于化学催化过程，如甲醇催化重整/CO2转化/氧化物分解/氮还原与转化等，从分子层面观察和了解化学反应过程，有助于理解实验现象并对实验结果进行解释
案例分享②能量台阶图：主要用于电化学催化过程，如ORR/OER/HER/NRR/CO2RR等，通过计算电化学过程中各中间体的吉布斯自由能变化来反映电极材料的电催化性能
案例分享③离子迁移：主要用于电池电极材料，离子在材料中传输与电池性能直接相关，通过研究离子的迁移路径和迁移能垒，有助于评价电池存储能力
量子化学Quantum Chemistry用于研究稳定和不稳定分子的结构/性能/结构与性能之间的关系、分子与分子之间的相互作用、分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题，主要应用于有机化学/无机化学/生物化学/药物化学/表面吸附催化/分子间相互作用/分子反应动力学等化学分支学科
计算内容：①分子结构丨基态、激发态、过渡态/中间体、键长键角二面角等；②分子性质丨轨道分析HOMO/LUMO、电荷分布、键级、偶极矩、极化率、静电势、芳香性等；③光谱相关丨红外、紫外、拉曼、振动/电子圆二色谱、荧光、磷光、核磁谱等；④波函数丨布居分析、电子定域性、轨道成分分析、电子跃迁分析、AIM、NBO等；⑤反应相关丨反应位点预测、反应机理、过渡态搜索、反应路径计算等
常见软件：Gaussian、ORCA、MS、NWChem、CP2K、FHI-aims、MOLCAS、Q-Chem、MOLPRO等
案例分享①化学催化：小分子催化能垒及其路径主要应用于有机小分子/金属配合物/团簇/分子片段之间的催化反应过程，如金属配合物的催化氧化、团簇表面的氧化反应、解释断键成键过程等，在原子/分子层面充分了解化学反应过程，为解释实验现象/设计高效催化剂提供参考依据
案例分享②HOMO-LUMO Gap：寡聚物的HOMO-LUMO Gap常被用于衡量分子导电性，一般HOMO-LUMO Gap越小，导电性越好；亦可一定程度衡量化学稳定性，HOMO-LUMO Gap越小，通常极化率也越大；一般相似化合物HOMO-LUMO Gap越小，反应活性越高；同时需要注意的是，HOMO-LUMO Gap受泛函影响较大
案例分享③谱图模拟：可用于实验谱图对比/确认物质组成/解释实验结果等，亦可用于分子性质的预测，为设计新物质提供一定的参考价值
分子模拟Molecular Simulation是研究凝聚态系统的有力工具，经典分子动力学是以牛顿力学来模拟分子体系运动，可得出体系原子运动轨迹，观察到原子运动过程的各种微观细节，与蒙特卡洛相比在宏观性质计算上具有高精确度高有效性，可广泛应用于物理/化学/生物/材料/医药等学科
计算内容：分子对接、结合自由能、轨迹分析RMSD/RMSF、分子间相互作用力动力学研究、虚拟筛选、同源模建、电荷性质分析、氢键数量、疏水作用、氢键作用、预测药物与蛋白结合位点、成药性预测、QSAR、不同溶剂中蛋白结构变化研究、溶解聚集动力学研究、分子/CNT相互作用研究等
常见软件：GROMACS、LAMMPS、Amber、NAMD、MS、AutoDock、DS等
案例分享①锂负极-电解质界面的形成
案例分享②固态电池中的Li扩散
案例分享③DNA与小分子对接
有限元分析Finite Element Analysis是指利用数学近似方法对真实物理系统进行模拟，将连续体视为若干个有限大小的单元体的离散化集合，以求解连续体热/力/电磁问题的数值方法，其基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体
计算内容：光场模拟、流体力学、电场强度、磁场模拟、应力模拟、电磁相关模拟、结构力场相关模拟、扩散模拟等
常见软件：ANSYS、ABAQUS、COMSOL、OpenFOAM、FDTD等
案例分享①锂金属负极界面锂沉积
案例分享②树根状界面电池的结构应力变化
案例分享③氮氧掺杂金属锂阳极的枝晶问题
