Los cálculos realizados por el paquete de simulación Vienna Ab initio se pueden utilizar para identificar las propiedades electrónicas intrínsecas de los materiales a nanoescala y predecir los posibles fotocatalizadores de división de agua.
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Artículo de método
Alineación de bandas tipo II de sonda en heteroestructuras de Van Der Waals unidimensionales utilizando cálculos de primeros principios
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Resumen
Resumen
Las herramientas computacionales basadas en la teoría de la densidad-funcional (DFT) permiten la exploración de los compuestos de nanoescala cualitativamente nuevos y alcanzables experimentalmente para una aplicación dirigida. Las simulaciones teóricas proporcionan una comprensión profunda de las propiedades electrónicas intrínsecas de los materiales funcionales. El objetivo de este protocolo es buscar candidatos de fotocatalizador por disección computacional. Las aplicaciones fotocatalíticas requieren espacios de banda adecuados, posiciones de borde de banda adecuadas en relación con los potenciales de redox. Las funciones híbridas pueden proporcionar valores precisos de estas propiedades, pero son costosas desde el punto de vista computacional, mientras que los resultados en el nivel funcional de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) podrían ser eficaces para sugerir estrategias para la ingeniería de la estructura de banda según campo eléctrico y tensión de tracción con el objetivo de mejorar el rendimiento fotocatalítico. Para ilustrar esto, en el presente manuscrito, la herramienta de simulación basada en DFT VASP se utiliza para investigar la alineación de bandas de nanocompuestos en combinaciones de nanotubos y nanocintas en estado de suelo. Para abordar la vida útil de los agujeros y electrones fotogenerados en estado excitado, se necesitan cálculos de dinámica no adiabática.
Introducción
La demanda mundial de energía limpia y sostenible ha estimulado la investigación de materiales prometedores para reducir la dependencia de los recursos petrolíferos finitos. Las simulaciones son más eficientes y económicas que los experimentos para acelerar la búsqueda de nuevos materiales funcionales1. El diseño de materiales desde una perspectiva teórica2,3,4 es ahora cada vez más popular debido a los rápidos avances en los recursos computacionales y desarrollos teóricos, haciendo que las simulaciones computacionales sean más confiables
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Protocolo
1. Optimice la estructura atómica.
- Prepare cuatro archivos de entrada para el cálculo de relajación de la estructura por VASP: INCAR, POSCAR, POTCAR y KPOINTS.
NOTA: Hay parámetros especificados en el archivo INCAR que definen el cálculo. La línea "EDIFFG a 0,02" en el archivo INCAR indica que todos los átomos se relajan hasta que la fuerza en cada átomo es <0.02 eV/. El archivo POSCAR contiene la información de geometría atómica. Los parámetros de celosía iniciales en el archivo POSCAR se pueden elegir entre referencias teóricas3 o experimentales12,13. El archivo KPOINTS d....
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Resultados
Los BN-NR en zigzag encapsulados dentro del sillón BN-NTs (11,11) fueron elegidos como ejemplos representativos para una heteroestructura 1D vdW. Los parámetros de celosía fueron tomados de Sahin y otros20. Para mayor comodidad, los NR en zigzag se abrevian Zn, donde n representa los dimers III-V a lo largo de la anchura14. La energía de encapsulación EL del paso 2.3 se utilizó como estimación aproximada para la estabilidad energética del nanocompuesto.......
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Discusión
Los cálculos de las propiedades electrónicas de las secciones 2, 3 y 4 serían similares entre varios materiales a nanoescala. El modelo atómico inicial del paso 1 debe diseñarse cuidadosamente para extraer información significativa. Por ejemplo, el factor para seleccionar el modelo podría ser el tamaño o la quiralidad de los materiales. Además, el modelo atómico inicial en el paso 1.1 debe estar razonablemente preparado para la relajación de la estructura de bajo costo. Tomando el nanocompuesto en el protocolo como ejemp.......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Este trabajo fue apoyado por China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 2017M612348), Qingdao Postdoctoral Foundation (Grant No. 3002000-861805033070) y del Young Talent Project en ocean University of China (Grant No. 3002000-86170101013151). Los autores agradecen a la señorita Ya Chong Li por preparar la narración.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Modelador de nanotubos | desarrollado por el Dr. Steffen Weber | NanotubeModeler1.8 | http://www.jcrystal.com/products/wincnt/NanotubeModeler.exe |
| p4VASP | Orest Dubay | p4vasp 0.3.30 | Código abierto, disponible en www.p4vasp.at |
| v2xsf | Desarrollado por el Dr. Jens Kunstmann | v2xsf | http://theory.chm.tu-dresden.de/~jk/software.html |
| software | VASPFísica Computacional de Materiales, Departamento de Física, Universidad de Viena | vasp.5.4.1 | https://www.vasp.at |
| VMD software | Grupo de Biofísica Teórica y Computacional, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign | vmd1.9.3 | https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd |
| xcrysden | Departamento de Química Física y Orgánica, Instituto Jozef Stefan | XCrySDen1.5.60 | http://www.xcrysden.org/ |
| Xmakemol | Desarrollado por M. P. Hodges | xmakemol5.16 | https://www.nongnu.org/xmakemol/XmakemolDownloads.html |
| Xmgrace software | Grace Equipo de desarrollo bajo la coordinación de Evgeny Stambulchik | xmgrace5.1.25 | http://plasma-gate.weizmann.ac.il/Grace/ |
Referencias
- 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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Reimpresiones y permisos
