CASTEP模块计算表面上的吸附能.

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，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分子垂直地连接在表面上。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。本课程包括：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(面心立方)a0d01123412345678a05612431．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。注意保存计算结果在左侧的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。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。从菜单栏选择Build|AddAtoms，或单击图标打开AddAtoms对话框。然后选中Atoms标签，利用默认设置，按下Add按钮，将C原子加到坐标原点。这样就将CO分子周期性地放到晶格中。测量一下CO键长。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。从工具栏中选择CASTEP工具，然后选择Calculation。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。现在我们准备优化CO分子。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。出现如下对话框，选择No。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。从菜单栏中选择File|SaveProject，然后在选中Window|CloseAll。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。在Pdbulk/PdCASTEPGeomOpt文档中打开Pd.xsd。注意保存计算结果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FractionalThickness增加到1.5，按下Cleave按钮，关闭对话框。注意，表面平行于z轴，后面要改。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。我们可以用VacuumSlab工具来获得。在菜单栏中选择Build|Crystals|VacuumSlab则结构由二维变成三维，把真空添加到了原子上。把Vacuumthickness从10.00改为8.00。按下Build键。这时表面平行于z轴，在xy的角平分线上。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3DViewer上单击右键，选择LatticeParameters选项。选择Advanced标签，按下Reorienttostandard按钮，关闭对话框。注意，此时表面垂直于z轴，习惯。在3DViewer上单击右键，选择DisplayStyle选项，选择Line，则从结构图上可清楚看到O－ABC。记住相对方位，恢复显示位BallandStick。转动晶格，使z轴垂直于屏幕。打开DisplayStyle对话框，选择Lattice标签，将Displaystyle由Default改为Original。关闭对话框。在键盘上连续两次按Up（或Down），Z轴平行屏幕，原子在下方。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。XYZ=(000)1晶体的方向依上面的设置发生了改变，由原来的XYZ→xyz。C轴，即z轴垂直(110)面。调整方向后，x、y、z改变。OA=a0=3.89，短桥OB=2.8在yz面上。1A8765BO1在3Dmodeldocument中单击右键，选择DisplayStyle。然后选中Lattice标签，在Display中，把Style从Default改为Origina。用钮转，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。选中Z的坐标值应为1.39Å，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。不包括最高层的Pd原子，按住SHIFT键选中所有的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。单击右键选择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：这个结构用来做Pd(110)表面的弛豫，它同时也是优化CO分子在Pd(110)表面的起始模型。把Colorby选项再改为Element，关闭对话框。Pd(110).xsd为当前文件。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)。此处改文件名再选择File|SaveProject，然后选择Window|CloseAll。注意保存计算结果5．弛豫Pd(110)面现在我们先优化Pd(110)表面。在ProjectExplorer的Pd(110)文件夹中打开Pd(110).xsd。从工具栏中选中CASTEP工具，然后选择Calculation。按下More...按钮，确定OptimizeCell没有被选中。关闭对话框。为了维持我们想要完成的计算的一致性，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并且把阈值从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。改为20计算的运行会耗费一定的时间，结束后出现如下信息。Pd(110)面优化前Pd(110)面优化后从菜单栏中选择File|SaveProject，然后选择Window|CloseAll。我们现在可以构建下一组表面。思考：其它两个Pd的坐标变不变？6．添加CO到1x1Pd(110)表面，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。注意，此处的Pd晶格已优化，而(110)面未优化。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。zPd-Pd即所取的buld的厚度(3层原子，中间的未显示)，所以Zc从底层原子算起。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。BO短桥OA长桥(面心立方)a0d01123412345678a0561243zPd-Pd可以由晶格参数a0除以√2得到。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。(000)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0.382）。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，选中C原子，把a改为0，b为0.5，c为0.382,按下Add按钮。在3DViewer上按右键，选Label。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C原子上单击左键，松开后C原子上出现十字叉丝。将鼠标移至Pd原子，再单击左键，则如图所示，显示Pd-C的键长为1.929Å，数字呈红色。将鼠标恢复为，键长数字变为绿色。鼠标单击键长数字，其颜色变为黄色。这时按Delete，可删除该数字。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。ZO=ZC+ZC-O=4.12+1.15=5.27O的分数坐标为ZO/C=5.27/10.78=0.489，*把这个值写到氧的z分数坐标上，氧的z坐标值为0.489。按下Add按钮。关闭对话框。同样用查看C－O的键长，正确。计算Pd表面结构时，使用的对称性是P1。但是即使添加了CO，体系仍有更高的对称性。我们可以通过FindSymmetry工具来找到其对称性，并强加对称性（ImposeSymmetry），加快计算。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。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。结构如下所示：在优化几何结构之前，我们先用saveproject保存，再把它保存到(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。优化结束优化前优化后7．设置和优化2x1Pd(110)面从菜单栏中选择File|SaveProject，然后选择Window|CloseAll。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。其结构看起来如下：(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处的分子为B分子。选一C原子，在左侧Properties中查其坐标y=1=0在3DViewer上按右键，打开Label对话框，标记选中的原子。选择B分子的碳原子。在PropertiesExplorer中，打开XYZ属性，在x域中减去0.6。选择B分子的氧原子。在PropertiesExplorer中，打开XYZ属性，在x域中减去1.2。对A分子重复此操作。选中碳原子，在PropertiesExplorer中，打开XYZ属性，在x域中增加0.6。选中氧原子，在x域中增加1.2。沿z轴看，分子的视图如下。可以看见吸附分子的形变。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。我们应注意到Pd-C和C-O键长的最初值已经改变。B原子的CB原子的OA原子的CA原子的O前面画错的同学，略改CO的原子坐标，使其发生一点弯曲即可。绘图正确的同学，选择A分子的C原子，打开Properties中的FractionalXYZ，将Z值改为0.369。对B分子的C原子，同样操作。绘图出错的同学，按下面步骤进行。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，出现十字叉。松开鼠标按键，鼠标移至O单击左键，出现十字叉。这时图上显示C－O键长。选中A分子的碳原子，使用PropertiesExplorer，改变FractionalXYZ属性中Z的数值，这时图上的C－O键长相应改变。当z=0.3086时，图中显示C－O键长＝1.15Å。对B分子重复上述操作。此操作在于更正Pd-C的键长。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。我们可以使用Measure/Change工具来更正C-O键长。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。晶格参数变大，相应的kpoints的数值变小。关闭对话框，按下Run按钮。计算结束计算结束后，在下面的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.castep。按下CTRL+F键，搜索FinalEnthalpy。向下滑动数行，在下面的表格中 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 下出现在“FinalEnthalpy”此行之后的数值,-589.17eV。重复此操作，找到其它体系的整个能量，完成下面的表格。获取了所有的能量值之后，使用上面的等式很简单便可计算出DEchem＝1.8eVDErep＝0.12eV。SimulationTotalEnergy(eV)COmolecule-589.18Pd(110)-1594.53(11)COonPd(110)-2185.38(21)COonPd(110)-4370.999．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)表面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。从菜单栏中选择File|SaveProject，然后在选中Window|CloseAll。我们可以进行下一步操作。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full,按下View按钮。显示虚拟CO晶体的总态密度。重复上面步骤，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，表示不同原子壳层对态密度的贡献。选中某一原子，重复上面步骤，可显示该原子对DOS的贡献。见下图。PDOSofCOmoleculeCOPDOSOPDOSCPDOS对(2x1)COonPd(110).xsd重复上面的操作。DOSPDOSPDOSof(2x1)COonPd(110)按Shift键，选中C和O。从工具栏中选择CASTEP工具，然后选择Analysis，选中Densityofstates，选上Partial，只选sum，按下View按钮，结果见后面标有CO的图。此图表示CO对DOS的贡献。同样可选中表面的Pd，或基体的Pd，计算其对DOS的贡献。结果分别见后面标有相应字母的图。TotalDOSPd(surface)COPd(matrix)体Pd的DOS表现出金属特性。PDOSof(2x1)COonPd(110)孤立CO的电子态集中在－20、－5、－2.5eV处。与孤立的CO分子的电子态相比，CO约束在表面时，能带有展宽，并向低能方向移动。PDOSofCOmolecule本次课程结束作业1：将自己计算的能量发给老师。作业2：结合总DOS，分析表面Pd、体Pd对 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 性质的贡献。