隐式溶剂效应下 OER 计算
关于溶剂化模型的视频教程可以从官网获取。 整个计算流程有以下几步:
step1: 催化剂模型构建+结构优化(晶格优化+原子弛豫) → 隐式溶剂模型自洽计算 → 总能;
step2: 中间体模型构建+结构优化(原子弛豫)→ 隐式溶剂模型自洽计算 → 总能 + 零点能计算;
step3: 气体分子模型构建+结构优化(原子弛豫)→ 自洽计算 → 总能 + 零点能计算;
step4: 查表得到熵值(例如NIST-JANAF Thermochemical Tables);
step5: 计算吉布斯自由能 。
以 C3N 掺杂 Co 原子吸附 OH-为例子。构建吸附模型结构并进行后续计算,点击组件
→系统组件
→ 拖拽结构优化
和自洽计算
组件到工作流区域 → 添加从结构导入
到结构优化
再到自洽计算
的连线。其中结构导入
组件中导入的是 C3N 掺杂 Co 原子吸附 OH-的结构。自洽计算时考虑溶剂效应,并进行一些设置。
关于溶剂效应需要注意的几个点 :
- 介电常数设置,介电常数通过电荷密度来区分溶质和溶剂,支持三种模型。
- 中性原子电荷密度表示使用赝势文件中的电荷密度(推荐使用);
- 带修正项的中性原子电荷 密度表示对赝势中的电荷密度增加一个指数项;
- 自洽电荷密度表示使用自洽计算得到的电荷密度进行设置。
- 其中 f 列表示对应元素的权重,溶剂化效应强的元素,或电荷密度权重大时,设置大的值;溶剂介电常数默认为水的介电常数(78);溶剂介电常数判据和溶质介电常数判据为设置的电荷密度区间,电荷密度小于溶剂介电常数时为溶剂,电荷密度大于溶质介电常数时为溶质。计算完成后可视化溶剂化模型查看结果,检查判据设置是否合理,即能区分溶剂和溶质。
- 溶质腔设置,参数的设置影响溶剂化能量,表面张力和压强的参数设置依据文章或者实验值;体积判据使用了自洽计算的电荷密度区分溶质腔和溶剂。
计算完成后点击自洽计算组件查看结果,可以查看溶剂效应模型。结果中可以区分出溶剂区、固液界面过渡区、溶质腔以及溶质区。如果溶质部分存在较大的孔洞,说明介电常数设置不合理,需要调整电荷密度区间或选择带修正项的中性原子电荷密度模型。
其中总能从自洽计算组件
的结果中获取。
零点能的计算,对于吸附体系,只计算吸附分子的零点能,不计算基体,即固定催化剂部分(在 Q-Studio 中限制原子移动)。
回到结构库
中,选择刚才用于自洽计算的结构 → 点击编辑
,进入 Q-Studio,选择基体材料 → 点击设置
→ 限制原子移动
→ 导出结构
。
回到模拟
中,并进入之前的项目 → 创建工作流
→ 点击组件
→系统组件
→ 拖拽声子模式计算
组件到工作流区域 → 添加从结构导入
到到声子模式计算
的连线。其中声子模式计算的参数设置中,计算类型选择子系统,即只对没有固定的吸附原子进行计算。
计算完成后点击声子模式计算组件查看结果,即可获取吸附分子的零点能。