Probe Typ II BandAusrichtung in eindimensionalen Van Der Waals Heterostrukturen mit First-Principles Berechnungen

Dieses Protokoll berichtet ein rechnerisches Screening von Fotokatalysatoren mit Typ-zwei-Bindungsausrichtung nach ersten Prinzipien Softwire große ausdrucksstarke Calais, Bornitrit-Nanobänder in Nanoröhren gekapselt. Und andere Beispiele zu nehmen. Schritt eins, optimieren Sie die atomare Struktur.

Bereiten Sie Eingabedateien für die Berechnung der Strukturentspannung durch vast, INCAR, POSCAR, POTCAR und KPOINTS vor. Es gibt in der Datei INCAR festgelegte Parameter, die die Berechnung definieren. Die Zeile in der Datei INCAR durch blaue Box eingeschlossen, für den Fall, dass alle Atome entspannt werden, bis die Kraft auf jedem Atom weniger als 0,028 pro Atom ist.

Die Datei POSCAR enthält die atomaren Geometrieinformationen. Die anfänglichen Gitterparameter in der Datei, POSCAR kann aus den radikalen oder experimentellen Referenzen ausgewählt werden. Wie durch orange Box angegeben.

KPOINTS definiert ein KPOINT-Netz und POSCAR ist immer noch die potenzielle Datei erzeugt die ursprüngliche Struktur von Bornitriten Nanoband für POSCAR. Erster Download POSCAR für Bornitrite Box Unit von der Website von The Materials Project. Sie verwendeten V2SXF, um POSCAR in eine Datei mit SXF-Format zu konvertieren.

Die SXF-Datei kann der richtige Ausdruck sein. Geben Sie V2SXF POSCAR auf kein Inband-2-System ein. Und Ausgabe POSCAR SXFGZ Tab gunzi POSCAR, Delta SXF-GZ.

Und Ausgabe POSCAR SXF. Wir verwenden xcrysden, um Supercell aus Bornitrit zu bauen. Geben Sie xcrysden-sxf POSCAR.Xsf ein.

Wählen Sie das Menü aus, ändern Sie die Anzahl der gezeichneten Krankheiten, und erweitern Sie den Stil in X- und Y-Richtung. Wählen Sie das Menü, die Datei aus. Speichern Sie die XSF-Struktur, um die Superzellenstruktur zu exportieren.

Verwenden Sie xmakemol, um die Superzelle zu öffnen, indem Sie xmakemol-f supercell eingeben. Wählen Sie das Menü aus, und fügen Sie es sichtbar hinzu. Klicken Sie auf Umschalten, um die Atome im Bereich zu verzögern und mit der gewünschten Breite und Chiralität nanoband zu gießen.

Bornitrite Noriten Nanoröhre kann durch Nanoröhren-Modellierer, offene Nanoröhre Modellierer EXC in Fenster-System gebaut werden. Wählen Sie das Menü, wählen Sie Typ B-N. Und geben Sie die Chiralität an.

Wählen Sie das Menü, Datei, XYZ-Tabelle speichern, um diese Struktur zu exportieren. Verwenden Sie VMD Southwire, um die atomare Struktur zu überprüfen, bevor Sie mit dem Berechnungsauftrag beginnen. Geben Sie VMD in das interne VMD-System ein.

Im geöffneten VMD-Hauptfenster. Wählen Sie das Menü, die Datei, das Molekül aus, und finden Sie den POSCAR im Durchsuchen.- Laden Sie POSCAR nach dem Typ MAGE und der Partitur POSCAR.

Zeigen Sie die Struktur nach verschiedenen Stilen im Fenster mit grafischen Darstellungen an. Wählen Sie beispielsweise CPK aus. Jedes Atom wird durch eine Kugel und jede Bindung durch einen Pfahl dargestellt.

Geben Sie qsub-Auftrag ein. , um den Auftrag an den Computer zu senden. Klasse zu einem portablen Batchsystemskript.

Dies ist ein Beispiel für das Skript mit dem Namen job.pbs. Nach Abschluss des Auftrags, wenn das Verhältnis Genauigkeit erfordert, wird die Minimierung der Strukturenergie am Ende der Ausgangssperre angezeigt. Das konvergierende Ergebnis ist ein Pend.

Der resultierende POSCAR wird als Eingabedatei POSCAR für die folgenden Berechnungen verwendet. Zur Analyse der elektronischen Eigenschaften von Materialien. Schritt zwei.

Berechnen Sie die Verkapselungsenergie. Typ mkdir nanocomposite isoliert-nanoribbon isoliert-nanotube, um qsub Ordner für Nanokomposit, Nanoband und Nanoröhren intern in Linux-System zu erstellen. Bereiten Sie ein PBS-Skript vor, auftrag.

pbs und vier Eingabedateien INCAR, POSCAR, POTCAR und KPOINTS. Für Energie, Berechnung in jedem Ordner. Die Eingabedatei POSCAR in der gleichen Weise, die Struktur entspannt und zählen CAR-Formulare, dass man.

Wechseln Sie zu jedem Ordner, und geben Sie qsub-Auftrag ein. pbs auf internes Linux-System. Die Reihe der gepaarten Aufträge führt die statischen selbstkonsistenten Energieberechnungen von Nanokompositen durch, isoliert Nanoband, isoliert Nanoröhren.

Verfolgen Sie als Nächstes die Gesamtenergie aus der Datei OUTCAR für jeden System-Back-up-Befehl. Nach Abschluss der statischen selbstkonsistenten Berechnungen berechnen Sie dann die Kapselungsenergie, wie in dieser Formel dargestellt. Die periodische Wechselwirkung des Nanokomposits ist die Z-Achse und L ist die Gitterkonstante der Einheitszelle entlang Z. Die Verkapselungsenergie kann als Schätzung für die energetische Stabilität von Nanokomposit verwendet werden.

Schritt drei, extrahieren Sie die elektronischen Eigenschaften aus der Bandstruktur. Bereiten Sie einen PBS, Skriptauftrag vor. pbs und die sechs Eingabedateien.

INCAR, POSCAR, POTCAR, KPOINTS, CHGCAR und CHG. Für Bandberechnungen entspricht ICHARG 11 in INCAR. Die Vorkonvertierungsdateien CHGCAR und CHG stammen aus statischen, selbstkonsistenten Berechnungen.

Das KPOINT-Sampling in KPOINTS befindet sich im Linienmodus. Geben Sie qsub-Auftrag ein. pbs auf internes Linux-System, um den Auftrag zu übermitteln.

Verwenden Sie p4vasprun, um das projizierte Band zu generieren. Laden Sie Vasprun. xml durch Eingabe von p4v vasprun.

xml auf dem Terminal. Wählen Sie das Menü, elektronische lokale DOS-Bänder. Steuern sie und wählen Sie dann Bänder aus.

Geben Sie die Atomzahlen der Nanoröhrchen in der Auswahl der Beschriftungsatome an. Holen Sie sich die Ordnungszahl, indem Sie mit VMD auf die entsprechenden Atome zeigen. Geben Sie die Farbe, den Typ und die Größe des Symbols für die projizierte Bandstruktur an.

Diese Menüs Symbol und die Symbolgröße. Drücken Sie das Menü, fügen Sie eine neue Zeile hinzu. Die Grafik zeigt die Bandstruktur mit den Beiträgen aus dem Nanoröhrchen.

Wiederholen Sie dann das gleiche Verfahren, um projizierte Band mit Beiträgen von Nanoband zu sammeln. Wählen Sie den Menüdiagrammexport aus. Exportieren Sie das Diagramm mit dem Agr-Format in die Datei.

Beispiel: Als 11-4.agr. Verwenden Sie XM-Grade, um die projizierten Bänder zu kennnern. Typ xmgrace11-4.

agr am Terminal, um xmgrace im Menüsystem zu starten. Wählen Sie das Menü aus, zeichnen Sie Zugriffseigenschaften aus, um die Beschriftung und den Bereich der Achsen zu kennzeichnen. Wählen Sie die Darstellung des manuellen Plotsatzes aus, um den Energiewert als angegebene Bandnummer und Schlüsselpunkt zu lesen.

Das Maximale Freileitungsband und das Leitungsband minimum von Nanoröhren oder Nanobändern können direkt aus dem projizierten Band mit den Beiträgen von Nanoröhrchen bzw. Nanobändern stammen. Berechnen Sie dann den Valenzbandoffset, den Leitungsbandversatz und den Bandabstand. Wählen Sie das Menü, die Datei, den Punkt aus, um das Diagramm mit APS-Formaten zu exportieren.

Berechnen Sie die Bandzersetzung, um die Ladungsdichte für VBM und CBM aufzuladen. Bereiten Sie eine pbs, Skriptauftrag. pbs und sieben Eingabedateien, INCAR, POSCAR, POTCAR, KPOINTS, WAVECAR, CHGCAR und CHG.

Geben Sie die Bandnummern für CBM und VBM an. Geben Sie dann IBAND in INCAR ein. Verwenden Sie den einzelnen entsprechenden KPOINT für jede Bandkante.

Der Punkt konvergiert CHGCAR, CHG. Und die WAVECAR-Dateien stammen aus statischen selbstkonsistenten Berechnungen. Geben Sie qsub-Auftrag ein.

pbs auf internes Linux-System, um den Auftrag zu übermitteln. Verwenden Sie VMD, um VBM und CBM nach Abschluss des Auftrags im realen Raum darzustellen. Starten Sie eine VMD-Sitzung, und laden Sie POSCAR.

Wählen Sie das Menü, die Datei und das neue Molekül im VMD-Hauptfenster aus. Finden Sie das PARCHG über das Durchsuchen-Fenster. Laden Sie das PARCHG nach Typ, Drücken und Bewerten PARCHG.

Wählen Sie das Menü aus, zeichnen Sie die Volumenkörperfläche und zeigen Sie eine volumenfreie Fläche im Fenster der grafischen Darstellungen an. Ändern Sie den ISO-Wert in einen entsprechenden Wert, z. B. 0,02. Ändern Sie die Farbe der ISO-Oberfläche durch die Menüfärbungsmethode.

Schritt vier, modulieren Sie die elektronischen Eigenschaften des Nanokompos durch externe Felder. Fügen Sie dem Nanokomposit ein transversales elektrisches Feld hinzu. Bereiten Sie einen PBS, Skriptauftrag vor.

pbs und die vier Eingabedateien INCAR, POSCAR, POTCAR und KPOINTS. Definieren Sie die Stärke des elektrischen Feldes durch das Tag e-Feld in Einheiten von eV Astrum. Legen Sie LDIPOL gleich T fest, setzen Sie IDIPOL gleich 2.

Und das elektrische Feld wird angewendet ermöglichen Y-Achse. Führen Sie statische selbstkonsistente Berechnungen und Bandstrukturberechnungen durch, und folgen Sie den Schritten zwei und drei ohne Strukturoptimierung. Fügen Sie dem Nanokomposit einen Längstest der Festigkeit hinzu, verketten Sie den Gitterparameter entlang der periodischen Richtung, um den String-Effekt zu berücksichtigen.

Zum Beispiel, um den Gitterparameter von Nanokomposit entlang der Achse zu optimieren ist 2.5045 Astrum Wenn 1% angewendet und die axiale Zugfestigkeit entlang der Z durch Aktion. Ändern Sie den Gitterparameter in POSCAR in 2.529545 Astrum. Entspannen Sie die Änderungsstruktur nach Schritt 1, führen Sie statische selbstkonsistente Berechnungen und Bandstrukturberechnungen durch, und folgen Sie den Schritten zwei und drei.

Repräsentative Ergebnisse. Die Verkapselungsenergie kann als grobe Schätzung für die energetische Stabilität des Nanokomposik verwendet werden. Die Verkapselungsenergie von Bornitrit-Nanobändern, einer 2, a 3 und einer 4 im Nitrit-Nanoröhrchen 11, 11 gekapselten 4 sind 0,033 eV Astrum, 0,068 eV Astrum bzw. 0131 eV Astrum.

Obwohl die Verkapselungsenergie um eine Größenordnung mit der Größe des Nanobandes variiert, stellen alle drei Nanokompositen typ-zwei-Bandausrichtung dar. Dies ist eine Bandstruktur aus Bornitrit und Nanobändern, einer vier verkapselten im Nitrit-Noröhrchen von Bornitrit, 11, 11. Valence-Band Maximum und das Leitungsband Minimum an Nannoröhre bzw. Nanoband.

Die gestaffelte Bandausrichtung ist vorteilhaft für Lichtströme zum Hauptmechanismus des Ladungstransports ist wie folgt. Das Foto erzeugt elektrische Ad-Rumpf in Nanobändern am X-Punkt. Dann löst sich das Ganze von Nanobändern zu Nanoröhrchen.

Der berechnete Valenzbandoffset beträgt 317 micro eV. Es ist größer als die thermische Energie bei 300 Kelvins, die etwa 13 Mikro eV ist. Dies verringert effektiv die Rekombinationsrate von fotogenerierten Trägern.

Um die Lichternte durch ein breites Spektrum zu verbessern, werden diese Übertragungen elektrisches Feld und Längszugfestigkeit auf Bornitrit-Nanobänder angewendet, eine vier im Nitrit-Nanoröhrchen verkapselt, 11, 11. Dies ist die Entwicklung der Bandkanten relativ zum Vakuumniveau und reagiert auf kein Feld. In diesem Nanokomposit wird in beiden externen Bereichen eine erhebliche Lückenverringerung bis nahe 0,95 eV beobachtet.

Noch wichtiger ist, dass die gestaffelte Bandausrichtung gegen die diffuse erhalten bleibt. Die Redoxpotentiale des Wassers sind durch die blauen gestrichelten Linien gekennzeichnet. Die Bandkanten sind relativ zu den Redoxpotentialen, die darauf hindeuten, dass ein solches Nanokomposit für die Wasserspaltung vielversprechend sein kann. Schlussfolgerung.

Es ist schnell und effizient, einen computergestützten Screening-Ansatz zu verwenden, um niederdimensionale Materialien zu entdecken, die Eigenschaften besitzen, die für solo-Wasserspaltung geeignet sind. Ein solches eindimensionales System kann vorschlagen, eine fotokatalatierte Wasserstofferzeugung und eine sichere Kapsel-Stil Reichweite zu integrieren. Die photogenerierten Elektronen könnten durch Nanoband gesammelt werden, Protonen dringen durch das Nanoröhrchen ein, um Wasserstoffmoleküle zu erzeugen, die durch elektrostatische Anziehung verbunden sind.

Der erzeugte Wasserstoff wird im Nanoröhrchen vollständig isoliert, um unerwünschte Rückreaktionen oder Explosionen zu vermeiden. Die Ersten Prinzipien Berechnungen werden den Lückenstatus mit der PSA funktional unterschätzen. Aber sie können die wesentlichen Trends in Bandausrichtung und Band-Offsets erfassen.

Genauere Werte des Valenzbandoffsets, des Leitungsbandoffsets und des Bandabstandes sind erforderlich, wenn im Vergleich zu experimentellen Arbeiten eher funktional gearbeitet wird, was zeitaufwändiger ist als die PSA-Funktion. Neben der Lebensdauer von fotogenerierten Rümpfen und elektrischen in statischen Zuständen nano Diabetiker leugnen mir einige Berechnungen, die erforderlich sind. Dies ist wichtig, um Fotokatalysatoren mit langer Lebensdauer zu entwerfen.