Alineación de bandas tipo II de sonda en heteroestructuras de Van Der Waals unidimensionales utilizando cálculos de primeros principios

Este protocolo informa de un cribado computacional de un catalizador fotográfico con alineación de unión tipo dos por los primeros principios Softwire vasto expresivo Calais, nanoribbones de nitrito de boro encapsulados dentro de nanotubos. Y tomando otros ejemplos. Paso uno, optimice la estructura atómica.

Prepárese para los archivos de entrada para el cálculo de relajación de la estructura mediante vastos, INCAR, POSCAR, POTCAR y KPOINTS. Hay parámetros especificados en el archivo INCAR que definen el cálculo. La línea en el archivo INCAR encerrada por caja azul, en caso de que todos los átomos se relajan hasta que la fuerza en cada átomo es inferior a 0.028 por átomo.

El archivo POSCAR contiene la información de geometría atómica. Los parámetros de celosía iniciales en el archivo, POSCAR se pueden elegir entre las referencias radicales o experimentales. Como se indica en la caja naranja.

KPOINTS define una malla KPOINT y POSCAR sigue siendo el archivo potencial que genera la estructura inicial de nitritos de boro nanoribbon para POSCAR. Primera descarga POSCAR para nitritos de boro unidad de caja desde el sitio web de The Materials Project. Utilizaron V2SXF para convertir POSCAR a un archivo con formato SXF.

El archivo SXF puede ser la expresión correcta. Tipo V2SXF POSCAR en el sistema no en la banda dos. Y salida POSCAR SXFGZ pestaña gunzi POSCAR, delta SXF-GZ.

Y salida POSCAR SXF. Usaremos xcrysden para construir supercélula de nitrito de boro. Escriba xcrysden-sxf POSCAR.Xsf.

Seleccione el menú, modificando el número de enfermedades dibujadas y extienda el estilo en dirección X e Y. Seleccione el menú, el archivo. Guarde la estructura XSF para exportar la estructura de supercélulas.

Utilice xmakemol para abrir la supercélula escribiendo la supercélula xmakemol-f. Seleccione el menú y agréguelo visible. Haga clic en alternar para retrasar los átomos dentro del rango y fundir nanoribbon con la anchura y la quiralidad deseadas.

El nanotubo de nitritos de boro se puede construir mediante el modelador de nanotubos, modelador de nanotubos abierto EXC en sistema Window. Seleccione el menú, seleccione el tipo B-N. Y especifique la quiralidad.

Seleccione el menú, archivo, guarde la tabla XYZ para exportar esta estructura. Utilice VMD Southwire para comprobar la estructura atómica antes de empezar a realizar el trabajo de cálculo. Escriba VMD en el sistema VMD interno.

En la ventana principal abierta de VMD. Seleccione el menú, archivo, molécula y busque el POSCAR a través de la ventana de exploración. Cargue POSCAR por el tipo MAGE y la puntuación POSCAR.

Mostrar la estructura por diferentes estilos en la ventana de métodos de dibujo de representaciones gráficas. Por ejemplo, elija CPK. Cada átomo está representado por una esfera y cada vínculo está representado por una estaca.

Escriba qsub job. pbs para enviar el trabajo a la computadora. Clase a un script de sistemas por lotes portátiles.

Este es un ejemplo del script que nombró job.pbs. Una vez finalizado el trabajo, si la relación requiere una minimización de la energía de la estructura de detención de precisión aparece al final del bloqueo de salida. El resultado converger es un pend.

El POSCAR resultante se utilizará como un archivo de entrada POSCAR para los siguientes cálculos. Para analizar las propiedades electrónicas de los materiales. Paso dos.

Calcule la energía de encapsulación. Escriba mkdir nanocomposite isolated-nanoribbon isolated-nanotube para crear carpetas qsub para nanocompuestuos, nanoribbon y nanotubos internos en el sistema Linux. Prepare un script PBS, trabajo.

pbs y cuatro archivos de entrada INCAR, POSCAR, POTCAR y KPOINTS. Para la energía, cálculo en cada carpeta. El archivo de entrada POSCAR de la misma manera que relaja la estructura y cuenta CAR forma que uno.

Vaya a cada carpeta y escriba qsub job. pbs en el sistema Linux interno. La serie de trabajos acoplados realizará los cálculos de energía autoconsuenciado estáticos de nanocompuestos, aísla nanoribbon, aísla el nanotubo respectivamente.

A continuación, realice un seguimiento de la energía total del archivo OUTCAR para cada comando de copia de seguridad del sistema. Después de terminar los cálculos autoconformes estáticos, calcule la energía de encapsulación como se muestra en esta fórmula. La interacción periódica del nanocompuesto es permitir el eje Z y L es la constante de celosía de la célula de la unidad, a lo largo de Z.La energía de encapsulación se puede utilizar como una estimación para la estabilidad energética del nanocompuesto.

Paso tres, extraiga las propiedades electrónicas de la estructura de la banda. Prepare un PBS, trabajo de script. pbs y los seis archivos de entrada.

INCAR, POSCAR, POTCAR, KPOINTS, CHGCAR y CHG. Para los cálculos de banda, dicho ICHARG es igual a 11 en INCAR. Los archivos CHGCAR y CHG de preconversión proceden de cálculos estáticos autoconscables.

El muestreo KPOINT en KPOINTS está en modo de línea. Escriba qsub job. pbs en el sistema Linux interno para enviar el trabajo.

Utilice p4vasprun para generar la banda proyectada. Cargar vasprun. xml escribiendo p4v vasprun.

xml en el terminal. Seleccione el menú, bandas electrónicas de DOS locales. Controle y, a continuación, seleccione bandas.

Especifique los números atómicos de nanotubos en la selección de átomos de etiqueta. Obtenga el número atómico señalando a los átomos correspondientes mediante VMD. Especifique el color, el tipo y el tamaño del símbolo para la estructura de banda proyectada.

Esos menús símbolo y el tamaño del símbolo. Pulse el menú, añada una nueva línea. El gráfico mostrará la estructura de la banda con las contribuciones del nanotubo.

A continuación, repita el mismo procedimiento para reunir la banda proyectada con contribuciones de nanoribbon. Seleccione la exportación del gráfico de menú. Exporte el gráfico al archivo con formato agr.

Por ejemplo, guardado como 11-4.agr. Utilice las calificaciones XM para identificar las bandas proyectadas. Escriba xmgrace11-4.

agr en el terminal para iniciar xmgrace en el sistema de menús. Seleccione el menú, trazar las propiedades de acceso para identificar la etiqueta y el rango de los ejes. Seleccione la apariencia del conjunto de trazado manual para leer el valor de energía como número de banda y punto clave especificados.

Banda de liberación máxima y la banda de conducción mínimo de nanotubo o nanoribbon puede ser directamente de la banda proyectada con las contribuciones de nanotubos o nanoribbons respectivamente. A continuación, calcule el desplazamiento de la banda de valencia, el desplazamiento de la banda de conducción y el hueco de banda. Seleccione el menú, archivo, punto para exportar el gráfico con formatos APS.

Calcule la descomposición de la banda para cargar la densidad para VBM y CBM. Prepara un pbs, trabajo de guión. pbs y siete archivos de entrada, INCAR, POSCAR, POTCAR, KPOINTS, WAVECAR, CHGCAR y CHG.

Especifique los números de banda para CBM y VBM. A continuación, escriba IBAND en INCAR. Utilice el único KPOINT correspondiente para cada borde de banda.

El punto converge CHGCAR, CHG. Y los archivos WAVECAR.son de cálculos estáticos autoconscables. Escriba qsub job.

pbs en el sistema Linux interno para enviar el trabajo. Utilice VMD para trazar VBM y CBM en espacio real una vez finalizado el trabajo. Inicie una sesión de VMD y cargue POSCAR.

Seleccione el menú, archivo, nueva molécula en la ventana principal de VMD. Busque el PARCHG a través de la ventana de exploración. Cargue el PARCHG por el tipo, pulse y puntúe PARCHG.

Seleccione el menú, dibuje una superficie sólida y muestre una superficie sólida en la ventana de representaciones gráficas. Cambie el valor ISO a un valor adecuado, por ejemplo 0,02. Cambie el color de la superficie ISO a través del método de coloración del menú.

Paso cuatro, modular las propiedades electrónicas del nanocompuesto por campos externos. Agregue un campo eléctrico transversal al nanocompuesto. Prepare un PBS, trabajo de script.

pbs y los cuatro archivos de entrada, INCAR, POSCAR, POTCAR y KPOINTS. Defina la fuerza del campo eléctrico por la etiqueta e-field en unidades de eV Astrum. Establecer LDIPOL es igual a T, establecer IDIPOL es igual a 2.

Y el campo eléctrico se aplicará permitir el eje Y. Realice cálculos estáticos de autoconexión y cálculos de estructura de banda, siguiendo los pasos dos y tres sin optimización de estructura. Añadir una prueba longitudinal de fuerza al nanocompuesto, encadenar el parámetro de celosía a lo largo de la dirección periódica para considerar el efecto de la cadena.

Por ejemplo, para optimizar el parámetro de celosía del nanocompuesto a lo largo del eje es 2.5045 Astrum Si se aplica 1% y la resistencia a la tracción axial a lo largo de la acción Z a través de la acción. Cambie el parámetro de celosía en POSCAR a 2.529545 Astrum. Relaje la estructura de modificación siguiendo el paso uno, realice cálculos estáticos de autoconexión y cálculos de estructura de banda, siguiendo los pasos dos y tres.

Resultados representativos. La energía de encapsulación se puede utilizar como una estimación aproximada para la estabilidad energética del nanocompuesto. La energía de encapsulación de nanorribbones de nitrito de boro, un 2, un 3, y un 4 encapsulado dentro del nanotubo de nitrito de boro 11, 11 son 0.033 eV Astrum, 0.068 eV Astrum y 0131 eV Astrum respectivamente.

Aunque la energía de encapsulación varía según un orden de magnitud con el tamaño de la nanoribbon, los tres nanocompuestos presentan alineación de banda tipo dos. Se trata de una estructura de banda de nitrito de boro y nanorribbones, un cuatro encapsulado dentro del nanotubo de nitrito de boro, 11, 11. Banda de valencia máxima y la banda de conducción mínima situada en nanotubos y nanoribbon respectivamente.

La alineación escalonada de la banda es beneficiosa para las corrientes de luz al mecanismo principal de transporte de carga es la siguiente. La foto genera casco de anuncio eléctrico en nanoribbons en el punto X. Entonces todo se disocia de nanoribbons a nanotubos.

El desplazamiento calculado de la banda de valencia es de 317 micro eV. Es más grande que la energía térmica a 300 Kelvins que es de aproximadamente 13 micro eV. Esto disminuye efectivamente la tasa de recombinación de los portadores fotogenerados.

Para mejorar la cosecha de luz a través de un amplio espectro, esto transfiere el campo eléctrico y la resistencia a la tracción longitudinal se aplican a los nanoribbons de nitrito de boro, un cuatro encapsulado dentro del nanotubo de nitrito de boro, 11, 11. Esta es la evolución de los bordes de la banda en relación con el nivel de vacío, y reacciona a ningún campo. En este nanocompuesto se observa una reducción sustancial de la brecha de hasta 0,95 eV en ambos campos externos.

Lo que es más importante, la alineación escalonada de la banda se conserva contra lo difuso. Los potenciales redox del agua están marcados por las líneas azules discontinuas. Los bordes de la banda son relativos a los potenciales redox indican que tal nanocompuesto puede ser prometedor para la división de agua. Conclusión.

Es rápido y eficiente utilizar un enfoque de cribado computacional para descubrir materiales de baja dimensión que poseen propiedades adecuadas para la división de agua en solitario. Tal sistema unidimensional puede proponer integrar una generación de hidrógeno foto-catalada y un alcance seguro de estilo cápsula. Los electrones fotogenerados podrían ser recogidos por nanoribbon, protones penetran a través del nanotubo para generar molécula de hidrógeno unida por atracción electrostática.

El hidrógeno producido está completamente aislado dentro del nanotubo para evitar reacciones inversas no deseadas o explosión. Los primeros cálculos de principios subestimarán el estado de la brecha utilizando la funcionalidad del PPE. Pero pueden capturar las tendencias esenciales en la alineación de la banda y los desplazamientos de banda.

Se necesitan valores más precisos de desplazamiento de la banda de valencia, desplazamiento de la banda de conducción y la brecha de banda si se compara con el trabajo experimental, operación funcional sería más bien empleado, que será mucho tiempo que la función PPE. Además de abordar la vida útil de los cascos generados por la foto y eléctrico en estados estáticos los nano diabéticos me niegan algunos cálculos que se necesitan. Esto es importante para diseñar foto-catalizadores con carreras de larga duración.