Origin 绘制反应能量图

发表于 2022-06-19 更新于 2024-01-25 分类于 Science

前言

反应能量图（reaction energy diagram）是 DFT 计算中展现化学反应的重要方式，OriginLab 官方也提供了很有意思的方案来绘制这样的路径图。本文将以下图中的一条路径为例，对官方提供的方案进行详细解释和扩展。

绘图思路

使用 Origin 绘制大部分图像都需要明确以下两点：

数据点的表现形式
数据点之间的连接方式

本图与最常见的“Line”图十分相近，但实际数据却区别于“Line”图需要的数据。“Line”图是将一个个数据点连接成线，但本例中每一个中间产物只对应一个能量。也就是说，数据是不具有“平台”这个概念的，而图中却要将其表现出“平台”的样式。

由此思路，我们得到了第一种绘图方法：人为地扩展数据点的横坐标。假设原数据为 (A, 1.5)，那么在绘图时，手动增加 (A-1, 1.5)、(A+1, 1.5) 两个点，即可得到“平台”的效果。

然而，当反应的中间路径较多时，人为增加数据点是十分困难的。由此，官方提供了一个非常巧妙的方法，即 Floating Column。Floating Column 本是柱状图的一种，数据至少分为三列：X、Y 下界、Y 上界。

利用柱状图绘制具备天然的优势，即：柱状图宽度可调、可进行数据间的连接，连接线样式可独立调整。当上界与下界数据相同时，柱状图的高度为零，其本身的宽度即可作为我们的“平台”。

数据准备

初始数据

一般的，初始数据如下图所示，X 列为路径编号，每个 Y 列的 Long Name 为反应路径名，数值为反应能，从左至右为反应路径顺序。

数据转置

由于柱状图每一行为一个数据点，为满足柱状图的数据要求，需要将数据转置。使用 Restructure: Transpose 转置后，从上至下为反应路径顺序。

生成制图数据

在执行本 Labtalk 命令时，当前活动工作簿的第二个工作表会被覆盖，请确保第二个工作表内为空或没有有效数据！

由于需要两列相同的数据分别作为 Floating Column 的上界和下界，这里使用 Labtalk 脚本进行生成。通过 Window: Command Window 打开脚本窗口，应用以下脚本，在文末将对该脚本进行详细解析。

newsheet;
range rsrc = 1!; 
range rdst = 2!;
rdst.ncols = rsrc.ncols*2;
for (int ii = 0; ii < rsrc.ncols; ii++)
{
	range r1 = 1!$(ii+1);
	range r2 = 2!$(2*ii+1);
	range r3 = 2!$(2*ii+2);	
	colcopy irng:=r1 orng:=r2;
	colcopy irng:=r1 orng:=r3;
}

最后，新增一列作为路径编号（令 F(x) = i 生成正整数递增列，即行号），并将列类型设置为 XYY。

图像绘制

第一条路径

本绘图方法中，每一条路径都需要独立绘制，每次选择一组数据。

选中 B、C 列，选择 Plot: Bar -> Floating Columns 制图，但此时图中是没有图像的，这是由于当柱状图高度为零时，Origin 默认不显示。我们可以通过 Labtalk 命令 page.BarShowZero = 1 或者勾选 Preference: Options -> Bar graph show Zero Value 令其显示。

数据连接

利用数据连接功能，我们可以将每个柱子连接起来，并自定义线形。

增加多条路径

如果需要绘制的路径不止一条，可以利用 Origin 的 Add Data to Layer 功能，将其他组数据拖入图像中。

数据标注

这里介绍一个简便方法标注各个中间路径的名称。

增加 B 列（名称列）和 C、D 列（全为零）；

将 C、D 列数据添加至图中，并将该组数据的颜色设置为无色，显示其 Label；

保存后即可创建在同一水平线，且与真实数据垂直对齐的标签。

Labtalk 详解

Range

1 2	range rsrc = 1!; range rdst = 2!;

类似于 range a = 1! 是指当前活动工作簿的第一个工作表。本组命令是将数据来源设置为第一个工作表，将目标数据存放在第二个工作表。

参考文档：Range-Notation

New Column

1	rdst.ncols = rsrc.ncols*2;

上面我们说过，该 Labtalk 脚本是为了将一列数据复制成两列作为 Floating Column 的下界和上界，ncol 代表的是 new column。本组命令是将 rdst 的列数设置为 rsrc 的两倍。

参考文档：Basic Worksheet Column

Loop

1	for (int ii = 0; ii < rsrc.ncols; ii++){}

控制本次循环在遍历完源工作表的所有列后结束。

Body

range r1 = 1!$(ii+1);
range r2 = 2!$(2*ii+1);
range r3 = 2!$(2*ii+2);	
colcopy irng:=r1 orng:=r2;
colcopy irng:=r1 orng:=r3;

此处 irng 为 input range，orng 为 output range。

当 ii = 0，则 r1 为源工作表的第 1 列， r2 为目标工作表的第 1 列， r3 为目标工作表的第 2 列。接着将源工作表的第 1 列追加到目标工作表的第 1、2 列。

当 ii = 1，则 r1 为源数据工作表的第 2 列， r2 为目标数据工作表的第 3 列， r3 为目标数据工作表的第 4 列。接着将源工作表的第 2 列追加到目标工作表的第 3、4 列。

由此可见，随着循环的进行，源工作表的每一列都被拷贝成了两列。

参考文档：Getting Started with LabTalk

环境

Windows 11 (22000.652);
Origin 2022b (Academic).

备注

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