Berechnungen des Vienna Ab initio Simulation Package können verwendet werden, um die intrinsischen elektronischen Eigenschaften von nanoskaligen Materialien zu identifizieren und die potenziellen wasserspaltenden Photokatalysatoren vorherzusagen.
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Methodenartikel
Probe Typ II BandAusrichtung in eindimensionalen Van Der Waals Heterostrukturen mit First-Principles Berechnungen
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Rechenwerkzeuge auf Basis der Dichte-Funktionstheorie (DFT) ermöglichen die Erforschung der qualitativ neuen, experimentell erreichbaren nanoskaligen Verbindungen für eine gezielte Anwendung. Theoretische Simulationen vermitteln ein profundes Verständnis der intrinsischen elektronischen Eigenschaften funktionaler Materialien. Das Ziel dieses Protokolls ist es, nach Photokatalysator-Kandidaten durch rechnerische Sektion zu suchen. Photokatalytische Anwendungen erfordern geeignete Bandlücken, geeignete Bandkantenpositionen relativ zu den Redoxpotentialen. Hybride Funktionalitäten können genaue Werte dieser Eigenschaften liefern, sind aber rechnerisch teuer, während die Ergebnisse auf der Funktionsebene Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) effektiv sein könnten, um Strategien für die Bandstrukturierung über elektrisches Feld und Zugdehnung mit dem Ziel, die photokatalytische Leistung zu verbessern. Zur Veranschaulichung wird im vorliegenden Manuskript das DFT-basierte Simulationstool VASP verwendet, um die Bandausrichtung von Nanokompositen in Kombinationen von Nanoröhren und Nanobändern im Bodenzustand zu untersuchen. Um die Lebensdauer von photogenerierten Löchern und Elektronen im angeregten Zustand zu adressieren, sind nonadiabatische Dynamikberechnungen erforderlich.
Einleitung
Die weltweite Nachfrage nach sauberer und nachhaltiger Energie hat die Forschung nach vielversprechenden Materialien angekurbelt, um die Abhängigkeit von endlichen Erdölressourcen zu verringern. Simulationen sind effizienter und wirtschaftlicher als Experimente zur Beschleunigung der Suche nach neuen Funktionsmaterialien1. Materialdesign aus theoretischer Sicht2,3,4 ist jetzt immer beliebter aufgrund der schnellen Fortschritte in den Rechenressourcen und theorielichen Entwicklungen, was Computersimulationen zuverlässiger macht5 ....
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Protokoll
1. Optimieren Sie die atomare Struktur.
- Bereiten Sie vier Eingabedateien für die Berechnung der Strukturentspannung durch VASP vor: INCAR, POSCAR, POTCAR und KPOINTS.
HINWEIS: Es gibt in der INCAR-Datei bestimmte Parameter, die die Berechnung definieren. Die Zeile "EDIFFG = 0.02" in der INCAR-Datei gibt an, dass alle Atome entspannt sind, bis die Kraft auf jedem Atom <0.02 eV/A ist. Die POSCAR-Datei enthält die atomaren Geometrieinformationen. Die anfänglichen Gitterparameter in der POSCAR-Datei können aus theoretischen3 oder experimentellen Referenzen12,13ausgewählt werden....
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Ergebnisse
Als repräsentative Beispiele für eine 1D vdW Heterostruktur wurden Zigzag-BN-NRs im Innensessel BN-NTs (11,11) ausgewählt. Die Gitterparameter wurden von Sahin et al.20entnommen. Der Einfachheit halber werden Zickzack-NRs znabgekürzt, wobei n die III-V-Dimere entlang der Breite14darstellt. Die Verkapselungsenergie EL aus Schritt 2.3 wurde als grobe Schätzung für die energetische Stabilität des Nanokomposits verwendet. DieE-L-Werte von Z.......
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Diskussion
Die Berechnungen für elektronische Eigenschaften in den Abschnitten 2, 3 und 4 wären bei verschiedenen nanoskaligen Materialien ähnlich. Das ursprüngliche atomare Modell in Schritt 1 sollte sorgfältig entworfen werden, um aussagekräftige Informationen zu extrahieren. Der Faktor für die Auswahl des Modells kann z. B. die Größe oder Chiralität der Materialien sein. Auch das ursprüngliche Atommodell in Schritt 1.1 sollte vernünftig auf eine kostengünstige Strukturentspannung vorbereitet sein. Am Beispiel des Nanokomposit im.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde von der China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 2017M612348), Qingdao Postdoctoral Foundation (Grant No. 3002000-861805033070) und dem Young Talent Project der Ocean University of China (Grant No. 3002000-861701013151) unterstützt. Die Autoren danken Frau Ya Chong Li für die Vorbereitung der Erzählung.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Nanotube Modeler | Entwickelt von Dr. Steffen Weber | NanotubeModeler1.8 | http://www.jcrystal.com/products/wincnt/NanotubeModeler.exe |
| P4VASP | Orest Dubay | p4vasp 0.3.30 | Open Source, verfügbar bei www.p4vasp.at |
| v2xsf | Entwickelt von Dr. Jens Kunstmann | v2xsf | http://theory.chm.tu-dresden.de/~jk/software.html |
| VASP Software | Computational Materials Physics, Department of Physics, Universität Wien | vasp.5.4.1 | https://www.vasp.at |
| VMD software | Theoretical and Computational Biophysics Group, University of Illinois at Urbana-Champaign | vmd1.9.3 | https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd |
| xcrysden | Department of Physical and Organic Chemistry, Jozef Stefan Institute | XCrySDen1.5.60 | http://www.xcrysden.org/ |
| Xmakemol | Entwickelt von M. P. Hodges | xmakemol5.16 | https://www.nongnu.org/xmakemol/XmakemolDownloads.html |
| Xmgrace Software | Grace Development Team unter der Koordination von Evgeny Stambulchik | xmgrace5.1.25 | http://plasma-gate.weizmann.ac.il/Grace/ |
Referenzen
- Collins, C., et al. Accelerated discovery of two crystal structure types in a complex inorganic phase field. Nature. 546 (7657), 280-284 (2017).
- Jain, A., Shin, Y., Persson, K. A. Computational predictions of energy materials using densit....
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Nachdrucke und Genehmigungen
