中科大MaterialsStudio培训教程7包你学会!请将这一系列全看完,一定有收获.ppt
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1、目的:介绍分子吸附在表面时,用 CASTEP 计算电荷密度差。 模块:Materials Visualizer,CASTEP 前提: CO 吸附在 Pd(110) 表面 背景 本讲义将研究相对于孤立的CO 分子和没有被干扰的Pd(110)面而言,CO 分子的成键是如何影响电子分布的。电荷密度的变化可以用两种方法计算出来。第一个选择就是计算各个分子碎片的电荷密度。这个方法便于描述如何由较小的体系组成较大的体系。该方法描绘了在发生化学反应的时候和一个分子吸附到一个表面的时候,电荷密度是如何发生变化的。本例中, CO 分子吸附在Pd(110)面上,电荷密度的变化可以表示为: = COPd(110)
2、- (CO + Pd(110) 式中COPd(110) 是CO + Pd(110)体系的总的电荷密度,CO 和Pd(110)分别是吸附物和基底的未受干扰的电荷密度。 另一个方法就是根据原子来计算电荷密度: = COPd(110) - (i) 这里,下标i 遍及所有原子。这个方法显示了由于形成全部的化学键而导致的电子分布的变化。该方法便于描述体系的化学键是如何通过原子电荷密度的离域化来形成的。电荷密度的显示有助于理解化学吸附的过程。分子会选择在哪里吸附?分子为什么会选择在那里吸附?分子稳定吸附在那里的成键机理是什么? You will focus on one adsorption site:
3、the short bridge site you studied in the tutorial Adsorption of CO onto a Pd(110) surface.,Pd(110)面上的CO 分子电荷密度变化,内容: 1. 建立CO在Pd表面的吸附 2. 定义碎片 3. 运算 4. 显示碎片的电荷密度差,1. 建立CO在Pd表面的吸附,本部分与前一个讲义“CO 分子在Pd(110)表面的吸附” 相关联,重复CO表面吸附模型的构建。(1)建立Pd晶体,结构优化;(2) 构建Pd(110)表面;(3)构建并优化 Co on Pd(110) 结构。,(1)准备项目 在D或E盘中建立c
4、lass 5文件夹。运行MS,在class 5中建立名为Pd_CO 的Project。,2,1,为便于管理项目,我们先在项目中准备三个子文件夹。在Project Explorer的根图标Pd_CO上右键单击,选择New / Folder。再重复此操作二次。在New Folder上右键单击,选择Rename,键入Pd bulk。在其它的文件上重复此操作过程,把它们依次更名为Pd(110)和(1x1) CO on Pd(110)。,(2) 建立Pd晶体,结构优化,Materials Studio所提供的结构库中包含有Pd的晶体结构。在Project Explorer中,右键单击Pd bulk文件夹
5、并且选择Import,从Structures / metals / pure-metals中导入Pd.msi。,1,2,3,4,5,显示出bulk Pd的结构,我们把显示方式改为Ball and Stick。在Pd 3D Model document中右键单击,选择Display Style,在Atoms标签中选择Ball and Stick,关闭对话框。,现在使用CASTEP来优化bulk Pd。为了减少计算量,将晶胞转换为原胞。,从工具栏中选择CASTEP ,再选择Calculation或菜单栏中选择Modules | CASTEP | Calculation。把Task从Energy改为
6、Geometry Optimization,按下More.按钮,在 CASTEP Geometry Optimization对话框中选中Optimize Cell选项。设定本地机运行,按下Run键。,工作递交后,开始运行。结束后出现提示信息。选择File / Save Project保存项目,Window / Close all关闭工作窗口 。,在Project Explorer中打开位于Pd CASTEP GeomOpt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Lattice 3D,从中可以看到优化后的晶格
7、参数大约为3.95 ,其而其实验值为3.89 。,File / Save Project保存项目 Window / Close all关闭工作窗口,(3) 构建Pd(110)表面,本部分需要使用来自Pd bulk 部分的优化后的Pd 结构。 打开Pd bulk/Pd CASTEP GeomOpt 文件夹里的Pd.xsd。,创建一个表面是一个两步过程。首先是要切出一个表面,其次就是创建一个包含了表面的真空层。 从菜单栏里选择Build | Surfaces / Cleave Surface。把Cleave plane (h k l) 从(-1 0 0) 改为(1 1 0),按下TAB 键。把Fr
8、actional Thickness 提高至1.5。按下Cleave 按钮,关闭此对话框。,一个新的3D 模型文件打开了,它包含了一个二维周期性表面。,然而,CASTEP 需要的是一个3D 周期性系统当作输入文件。这可以通过使用Vacuum Slab 工具得到。 选择Build / Crystals / Vacuum Slab。把Vacuum thickness 的值从10.00 改为8.00,注意C轴的方向,按下Build按钮。,注意真空层的方向在oc,结构由2D 变为3D,并且一个真空层被加到原子的上方。,旋转此3D图,注意OA、OB、OC的方向与X、Y、Z三个坐标轴不同。真空层沿OC方向
9、。,这样调整了方向,oc沿z轴方向。,右击3D 模型,选择Lattice Parameters,选择Advanced 标签,按下Reorient to standard 按钮,关闭此对话框。,旋转,改变晶格显示方式,转动结构使得z-轴在竖直方向。 右击3D 文件,选择Display Style。选择Lattice 标签。在Display style 部分,把Style 由Default改为Original。关闭对话框,3D 结构改变如下:,Z 坐标有最大值的的Pd 原子被称为Pd 最上层。 在弛豫表面之前,必须把Pd 内部的原子固定住,因为现在只需要弛豫Pa 的表面。 按下SHIFT 键,选中
10、除了最上层的Pd 原子之外的所有Pd 原子。,选择菜单条中的Modify / Constraints。勾选上Fix fractional position,关闭此对话框。,Pd 体内的原子被固定住,可以通过改变显示颜色查看被限制了的Pd 原子。 在3D 模型文件内,点击取消选择原子。右击文件,选择Display Style。在Atom 标签栏上的Coloring 区域,把颜色选项改为Constraint。 现在这个3D 模型文件如下所示:,把颜色选项改回Element,关闭此对话框。 这个结构是优化CO 分子在Pd(110)表面吸附的起始模型。,选择工具条中的File | Save As.。浏
11、览到(1x1) CO on Pd(110)文件夹,把文件名改为(1x1) CO on Pd(110),按下Save 按钮。 选择File | SaveProject,然后then Window | Close All。,(4). 把CO 分子添加到1 x 1 Pd(110)表面并优化此结构 现在的工作对象是(1x1) Co on Pd(110)文件夹内的结构。在Project Explorer 内,打开(1x1) CO on Pd(110)文件夹内的(1x1) CO on Pd(110).xsd 文件。现在把CO 分子添加到短桥键位置的上方。上一讲已根据实验事实来确定了键的长度,这里直接使用已
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