课8-CO吸附在Pd(110)面(1)-中科大-materials studio

注意，不能用中文建目录。计算结果要及时保存。CO吸附在Pd（110）面目的：介绍用CASTEP如何计属 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面上的吸附能。模块：CASTEP，MaterialsVisualizer背景知识：Pd的表面在许多催化反应中都起着非常重要的作用。理解催化反应首先是弄清楚分子是如何与这样的表面相结合的。在本篇文章中，通过提出下列问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，DFT（密度泛函）模拟有助于我们的理解：分子趋向于吸附在哪里？可以有多少分子吸附在表面？吸附能是什么？它们的结构像什么？吸附的机制是什么？我们应当把注意力集中于吸附点,既短桥点，因为众所周知它是首选的能量活泼点。而且覆盖面也是确定的(1ML).。在1ML覆盖面上CO分子互相排斥以阻止CO分子垂直的连接在表面上。考虑到(1x1)和(2x1)表面的单胞，我们将要计算出这种倾斜对化学吸收能的能量贡献。绪论:在本指南中，我们将使用CASTEP来最优化和计算数种系统的总体能量。一旦我们确定了这些能量，我们就可以计算CO在Pd(110)面上的化学吸附能。本指南包括：1．准备项目2．最优化Pd3．构造和优化CO4．构造Pd(110)面5.RELAXINGPd(110)面6．添加CO到1x1Pd(110)，优化此结构7．设置和优化2x1Pd(110)面8． 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 能量9．分析态密度1．准备项目选一路径，建立一个CO-Pd文件夹。然后按下列操作，在CO-Pd文件夹中生成CO-Pd的Project。本指南包含有五种明显不同的计算。为便于管理项目，我们先在项目中准备五个子文件夹。在ProjectExplorer的根图标上右键单击，选择New|Folder。再重复此操作四次。在NewFolder上右键单击，选择Rename，键入Pdbulk。在其它的文件上重复此操作过程，把它们依次更名为Pd(110)，COmolecule，,(1x1)COonPd(110)，和(2x1)COonPd(110).2．最优化bulkPdMaterialsStudio所提供的结构库中包含有Pd的晶体结构。在ProjectExplorer中，右键单击Pdbulk文件夹并且选择Import....，从Structures/metals/pure-metals中导入Pd.msi。显示出bulkPd的结构，我们把显示方式改为BallandStick。在Pd3DModeldocument中右键单击，选择DisplayStyle，在Atoms标签中选择BallandStick，关闭对话框。现在使用CASTEP来优化bulkPd。从工具栏中选择CASTEP，再选择Calculation或菜单栏中选择Modules|CASTEP|Calculation。CASTEP对话框如下：把Task从Energy改为GeometryOptimization，按下More...按钮，在CASTEPGeometryOptimization对话框中选中OptimizeCell选项。按下Run键。出现一个关于转换为原胞的信息框，按下OK。工作递交后，开始运行。结束后出现如下信息。工作完成后，我们保存项目，选择File|SaveProject。然后在ProjectExplorer中打开位于PdCASTEPGeomOpt文件夹中的Pd.xsd，显示的即为Pd优化后的原胞结构。由下面步骤恢复Pd优化后的晶胞结构。在左侧的Properties中选择Lattice3D，从中可以看到优化后的晶格参数大约为3.95Å，其而其实验值为3.89Å。现在我们应该进行下一步操作，构造CO分子。3．构造和优化COCASTEP只能处理周期性的体系。为了能够优化CO分子的几何结构，我们必需把它放入晶格点阵中。在ProjectExplorer中，右键单击文件夹COmolecule，选择New|3DAtomisticDocument.在3DAtomisticDocument.xsd上右键单击，选中Rename。键入CO，按下RETURN键，建立CO.xsd文件。现在显示的是一个空3D模型文档。我们可以使用BuildCrystal工具来创建一个空晶格单元，然后在上面添加CO分子。从菜单栏中选择Build|Crystals|BuildCrystal，再选中LatticeParameters标签，把每一个单元的长度a,b,和c改为8.00，按下Build按钮。在3D模型文档中显示出一个空单元。从菜单栏选择Build|AddAtoms。CO分子中C-O键的键长实验值是1.1283Å。通过笛卡儿坐标系来添加原子，我们可以精确的创建此种键长的CO分子。在AddAtoms对话框中，选择Options标签，确定Coordinatesystem为Cartesian。然后选中Atoms标签，按下Add按钮。在AddAtoms对话框中，把Element改为O，x和y的坐标值依然为0，把z的坐标值改为1.1283。按下Add按钮，关闭对话框。先前计算时的设置依然保留着。尽管如此，我们此次计算不需要优化晶胞。在Setup标签中，按下More...按钮。勾去OptimizeCell选项。关闭对话框。选择Electronic标签，把k-pointset由Medium改为Gamma。选择Properties标签，选中Densityofstates。把k-pointset改为Gamma，勾选CalculatePDOS选项。按下Run按钮。现在我们准备优化CO分子。出现如下信息，表示CO优化成功。查看OC的原子坐标，与实验值有差异。计算开始，我们可以进行下一步操作。4．构造Pd(110).面下面我们将要用到从Pdbulk中获得的Pd优化结构。从菜单栏中选择File|SaveProject，然后在选中Window|CloseAll。在Pdbulk/PdCASTEPGeomOpt文档中打开Pd.xsd。创建表面分为两个步骤。第一步是劈开表面，第二步是创建一个包含表面的真空板。从菜单栏中选择Build|Surfaces|CleaveSurface。把theCleaveplane(hkl)从（-100）改为（110），然后按下TAB键。把Fractionaltop增加到1.5，按下Cleave按钮，关闭对话框。此时，显示出一个包含有二维周期性表面的全新的三维模型文档。由下列操作可显示更大的表面范围。尽管如此，CASTEP要求有一个三维周期性的输入体系。我们可以VacuumSlab工具来获得。在菜单栏中选择Build|Crystals|VacuumSlab，把Vacuumthickness从10.00改为8.00。按下Build键。则结构由二维变成三维，把真空添加到了原子上。在继续下面的操作前，我们要重新定位一下格子。我们应该改变格子的显示方式并且旋转该结构，使屏幕上的Z轴成竖直状。在3Dmodeldocument中单击右键，选择LatticeParameters选项。选择Advanced标签，按下Reorienttostandard按钮，关闭对话框。在3Dmodeldocument中单击右键，选择在DisplayStyle。然后选中Lattice标签，在Display中，把Style从Default改为Origina。按下Up指针键两次，三维模型文档如右所示：把Z坐标最大值所对应的Pd原子称为最高层Pd原子。在本指南的稍后部分，我们要求知道原子层间的距离do，我们可以通过计算原子坐标来得到。从菜单栏中选择View|Explorers|PropertiesExplorer，选择FractionalXYZ中X=0.5，Y=0.5的Pd原子。注意从XYZ属性中所获得的Z的坐标值。Z的坐标值应为1.396Å，此既为原子层间的距离。注意：一个fcc(110)体系，do可通过下列公式得到：.在弛豫表面之前，如果仅仅是只需要弛豫表面，我们必需要束缚住内部Pd原子。按住SHIFT键选中所有的Pd原子，不包括最高层的Pd原子。从菜单栏中选中Modify|Constraints，勾选上Fixfractionalposition。关闭对话框。则刚才所选中的原子已经被束缚，我们可以通过改变显示的颜色来看到它们。在3D模型文档中单击以取消所选中的原子。右键单击选择DisplayStyle，在Atoms标签的Coloring部分，把Colorby选项改为Constraint。3D模型文档显示如下：把Colorby选项再改为Element，关闭对话框。从菜单栏中选择File|SaveAs...，把它导引到Pd(110)文件夹中，按下Save按钮。对(1x1)COonPd(110)文件夹也重复此操作，但是这一次把文档的名字改为(1x1)COonPd(110)。再选择File|SaveProject，然后再选择Window|CloseAll。5．弛豫Pd(110)面为了维持我们想要完成的计算的连贯性，我们应该更改Electronic标签中的一些设置。选择Electronictab标签，然后按下More...按钮。从CASTEPElectronicOptions对话框中选择Basis标签，勾选上Usecustomenergycut-off并且把域植从260.0改为300.0。选择k-points标签，勾选上Customgrid参数。在Meshparameters域中，把a改到3，b改到4，c改到1。关闭对话框。我们还应该计算此体系的态密度。选择CASTEPCalculation对话框中的Properties标签，选中Densityofstates。勾选上CalculatePDOS，把k-pointset改为Medium。按下Run按钮，关闭对话框。计算的运行会耗费一定的时间，我们可以最后做分析。我们现在可以构建下一组表面。从菜单栏中选择File|SaveProject，然后选择Window|CloseAll。6．添加CO到1x1Pd(110)，优化此结构我们要使用在(1x1)CoonPd(110)文件中的结构来进行下面的工作。在ProjectExplorer中，打开(1x1)CoonPd(110)文件中的(1x1)COonPd(110).xsd。现在在shortbridgeposition上添加CO分子。我们要利用的依据是：CO在Pd(110)上的键长已经通过实验所获得。CO在Pd(110)的yz平面上的几何结构右图中阴影线原子在格子中不显示：Originaldisplaymode。第一步是添加碳原子。Pd-C键的键长（用dPd-C表示）应为1.93Å。当我们使用AddAtom工具时，我们即可以使用笛卡儿坐标也可以使用分数坐标，但在本例当中，我们应该使用分数坐标xC,yC,和zC。xC,yC非常简单，xC=0，yC=0.5。尽管如此，zC比较困难。我们可以通过zPd-C和zPd-Pd二者之间的距离来构造它。zPd-Pd可以由晶格参数a0除以√2得到（它应为2.77Å）。zPd-C可从公式得到（它应为1.35Å）。把zPd-C和zPd-Pd相加可获得zC（它应为4.12Å）。现在我们把距离改为分数长度，可以通过晶格参数（Latticeparameters）工具得到。在3D模型文档中单击右键，选择Latticeparameters。注意c的值。为了计算z的分数坐标，我们仅需要用晶格参数c除以zC（结果为0.382Å）。从菜单栏中选择Build|AddAtoms，然后选中Options标签。确保Coordinatesystem为Fractional。选择Atoms标签，把a改为0.0，b为0.5，c为0.382。按下Add按钮。如果我们想确认我们已经正确的设置了模型，可以使用Measure/Change工具。单击工具栏中Measure/Change工具的选项箭头，然后选择Distance。在Pd-C键上单击。下一步是添加氧原子。在AddAtoms对话框中，把Element改为O。在实验中，C-O键的长度为1.15Å。在分数坐标中它为0.107，把这个值添加到碳的z分数坐标上（0.382），氧的z坐标值为0.489。把c的域值改为0.489，按下Add按钮。关闭对话框。Pd最原始的对称性是P1，但随着CO的添加它以改变。我们可以通过FindSymmetry工具来找到其对称性和强加对称性（ImposeSymmetry）。在工具栏中选择FindSymmetry工具，按下FindSymmetry按钮，随后按下ImposeSymmetry按钮。对称性为PMM2。在3D模型文档中单击右键，选择DisplayStyle。选中Lattice标签，把Style改为Default。结构如右所示：在优化几何结构之前，我们先把它保存到(2x1)COonPd(110)文件夹中。从菜单栏中选择File|SaveAs...，引导到(2x1)COonPd(110)文件。把文档保存为(2x1)COonPd(110).xsd。现在可以优化结构。从菜单栏中选择File|SaveProject，然后选择Window|CloseAll。在ProjectExplorer中，打开(1x1)COonPd(110)文件夹中的(1x1)COonPd(110).xsd。从工具栏中选择CASTEP工具，然后选择Calculation。从先前的计算中得到的参数应当保留。按下Run按钮。在运行过程中，我们进行最后结构的构建。7．设置和优化2x1Pd(110)面第一步是打开(2x1)COonPd(110)文件夹中的3D模型文档。在ProjectExplorer中，打开(2x1)COonPd(110)文件夹中的(2x1)COonPd(110).xsd。这就是当前的1x1单元，我们需要使用Supercell工具把其变为2x1单元。从菜单栏中选择Build|Symmetry|SuperCell，把b增加到2，按下CreateSupercell按钮。关闭对话框。其结构看起来如右：(2x1)CellofCOonPd(110)现在我们使CO分子倾斜。为了简化此操作,定义位于y=0.5处的分子为A分子，位于y=0.0处的分子为B分子。选择B分子的碳原子。在PropertiesExplorer中，打开XYZ属性，从X域中减去0.6。对于B分子的氧原子重复此操作，但从X域中减去1.2。选择A分子的碳原子。在PropertiesExplorer中，打开XYZ属性，在X域中增加0.6。对于A分子的氧原子重复此操作，但在X域中增加1.2。分子的X轴向下的视图如右：尽管如此，我们应注意到Pd-C和C-O键长的最初值已经改变。选中A分子的碳原子，使用PropertiesExplorer，把FractionalXYZ属性中Z的域值改为0.369。对B分子重复上述操作。此操作在于更正Pd-C的键长。我们可以使用Measure/Change工具来更正C-O键长。在工具栏中单击Measure/Change工具的选项箭头，选中Distance。单击A分子的C-O键，在工具栏中选择3DViewerSelectionMode工具，选择监视窗口（既3DAtomisticDocument）。在PropertiesExplorer中，改变FiltertoDistance。把Distance属性改为1.15Å。对B分子重复此操作。现在重新计算此体系的对称性。在工具栏中选择FindSymmetry工具，按下FindSymmetry按钮，随后再按下ImposeSymmetry按钮。现在它的对称性是PMA2。下面我们来优化它的几何结构。从工具栏中选择CASTEP工具，然后选择Calculation。对于本次计算，我们需要改变k点的格子参数，这样我们可以比较本次计算和上次计算的能量值。选中CASTEPCalculation对话框中的Electronic标签，按下More...按钮。选择k-points标签，把Customgridparameters改为：a=2,b=3,c=1。关闭对话框，按下Run按钮。计算开始。计算结束后，在下面的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 中我们需要详细的摘录整个体系的能量。我们可以进行下一步，摘录先前计算的能量。8．分析能量在这一部分，我们将要计算化学吸收能DEchem，定义如下：允许CO分子依着彼此倾斜，然后减低分子的自我排斥力，会导致能量的增加。排斥能可从下面的公式得到：为计算这些属性，我们需要从CASTEP的文本输出文档中摘录每一次模拟的整个能量。在ProjectExplorer中，打开COmolecule/COCASTEPGeomOpt文件夹中的CO.cst。按下CTRL+F键，搜索Finalelectronic.。向下滑动数行，在下面的表格中记录下出现在“TOTALENERGYIS”此行之后的数值。重复此操作，找到其它体系的整个能量，完成下面的表格。如果获取了所有的能量值，使用上面的等式很简单便可计算出DEchemandDErep。他们的数值大约分别为1.9eV和72MeV。9．分析态密度下面我们要检查态密度（DOS）的改变。这会使我们对CO在Pd(110).上的连接机制有更深入的了解。为了做到这一点，我们需要显示孤立的CO分子和(2x1)CO在Pd(110)上的态密度。在ProjectExplorer中，打开COmolecule/COCASTEPGeomOpt文件夹中的CO.xsd。从工具栏中选择CASTEP工具，然后选择Analysis，选中Densityofstates，选上Partial，不选f和sum，但其他的选项都保持原先的状态。按下View按钮。显示出CO分子PDOS的图表文档。如右：对(2x1)COonPd(110).xsd重复上面的操作。PDOSof(2x1)COonPd(110)PDOSofCOmolecule很明显，孤立的CO分子的电子态大约在-20eV,-5eV和-2.5eV，比CO约束在表面时的能量要低一些。