Alignement de bande de type II de sonde dans les hétérostructures unidimensionnelles de Van Der Waals utilisant des calculs de premiers principes

Ce protocole fait état d’un criblage computationnel du catalyseur photo avec alignement de liaison de type deux par les premiers principes Softwire vaste expressif Calais, nanoribbons de nitrite de bore encapsulés à l’intérieur des nanotubes. Et en prenant d’autres exemples. Première étape, optimiser la structure atomique.

Préparez-vous à des fichiers d’entrée pour le calcul de relaxation de la structure par vaste, INCAR, POSCAR, POTCAR, et KPOINTS. Il y a des paramètres spécifiés dans le fichier INCAR qui définissent le calcul. La ligne dans le fichier INCAR enfermé par la boîte bleue, au cas où tous les atomes sont détendus jusqu’à ce que la force sur chaque atome est inférieure à 0,028 par atome.

Le fichier POSCAR contient les informations de géométrie atomique. Les paramètres initiaux de treillis dans le fichier, POSCAR peuvent être choisis parmi les références radicales ou expérimentales. Comme indiqué par la boîte orange.

KPOINTS définit un maillage KPOINT et POSCAR est toujours le fichier potentiel génère la structure initiale de nitrites de bore nanoribbon pour POSCAR. Premier téléchargement POSCAR pour l’unité de boîte de nitrites de bore à partir du site Web de The Materials Project. Ils ont utilisé V2SXF pour convertir POSCAR en un fichier au format SXF.

Le fichier SXF peut être une expression juste. Type V2SXF POSCAR sur aucun système de bande deux. Et sortie POSCAR SXFGZ tab gunzi POSCAR, delta SXF-GZ.

Et sortie POSCAR SXF. Nous utiliserons xcrysden pour construire une supercellule de nitrite de bore. Type xcrysden-sxf POSCAR.Xsf.

Sélectionnez le menu, en modifiant le nombre de maladies dessinées et en prolongeant le style dans la direction X et Y. Sélectionnez le menu, classez. Enregistrer la structure XSF pour exporter la structure super cellule.

Utilisez le xmakemol pour ouvrir la super cellule en tapant xmakemol-f supercellulaire. Sélectionnez le menu et ajoutez-le visible. Cliquez sur basculement pour retarder les atomes à l’intérieur de la gamme et moulée nanoribbon avec la largeur désirée et la gazéalité.

Boron nitrites nanotube peut être construit par modélisateur nanotube, modèleur de nanotube ouvert EXC dans le système window. Sélectionnez le menu, sélectionnez type B-N. Et spécifiez la chiralité.

Sélectionnez le menu, classez, enregistrez la table XYZ pour exporter cette structure. Utilisez VMD Southwire pour vérifier la structure atomique avant de commencer à faire le travail de calcul. Tapez VMD sur le système VMD interne.

Dans la fenêtre principale ouverte VMD. Sélectionnez le menu, le fichier, la molécule et trouvez le POSCAR par la fenêtre de navigation. Chargez POSCAR par le type MAGE et le score POSCAR.

Affichez la structure par différents styles dans la fenêtre de méthodes de dessin des représentations graphiques. Par exemple, choisissez CPK. Chaque atome est représenté par une sphère et chaque lien est représenté par un pieu.

Type qsub travail. pbs pour soumettre le travail à l’ordinateur. Classe à un script de systèmes de lots portables.

Il s’agit d’un exemple du script qui a nommé job.pbs. Après la fin du travail, si le rapport nécessite une précision arrêtant la minimisation de l’énergie de la structure apparaît à la fin du verrouillage de sortie. Le résultat convergent est un pend.

Le POSCAR qui en résulte sera utilisé comme fichier d’entrée POSCAR pour les calculs suivants. Pour analyser les propriétés électroniques des matériaux. Deuxième étape.

Calculer l’énergie d’encapsulation. Type mkdir nanocomposite isolé-nanoribbon isolé-nanotube pour créer des dossiers qsub pour nanocomposite, nanoribbon et nanotube interne dans le système Linux. Préparez un script PBS, travail.

pbs et quatre fichiers d’entrée INCAR, POSCAR, POTCAR et KPOINTS. Pour l’énergie, calcul dans chaque dossier. Le fichier d’entrée POSCAR de la même manière que détend la structure et compte les formulaires RCA celui-là.

Passez à chaque dossier et tapez qsub job. pbs sur le système Interne Linux. La série d’emplois aérés effectuera les calculs statiques d’énergie auto-cohérente des nanocomposites, isole le nanoribbon, isole respectivement le nanotube.

Suivez ensuite l’énergie totale du fichier OUTCAR pour chaque commande de back up du système. Après avoir terminé les calculs statiques auto-cohérents, puis calculer l’énergie d’encapsulation comme indiqué dans cette formule. L’interaction périodique du nanocomposite est permettre l’axe Z et L est la constante de treillis de la cellule unitaire, le long de Z.L’énergie d’encapsulation peut être utilisé comme une estimation de la stabilité énergétique du nanocomposite.

Troisième étape, extraire les propriétés électroniques de la structure de la bande. Préparez un PBS, script job. pbs et les six fichiers d’entrée.

INCAR, POSCAR, POTCAR, KPOINTS, CHGCAR et CHG. Pour les calculs de bande, dit ICHARG équivaut à 11 dans INCAR. Les fichiers CHGCAR et CHG de pré-conversion proviennent de calculs statiques auto-cohérents.

L’échantillonnage KPOINT en KPOINTS est en mode ligne. Type qsub travail. pbs sur le système Interne Linux pour soumettre le travail.

Utilisez p4vasprun pour générer la bande projetée. Chargez le vasprun. xml en tapant p4v vasprun.

xml sur terminal. Sélectionnez le menu, bandes électroniques locales DOS. Contrôlez puis sélectionnez les bandes.

Spécifiez les nombres atomiques de nanotubes dans la sélection des atomes d’étiquette. Obtenez le numéro atomique en pointant vers les atomes correspondants à l’aide de VMD. Spécifiez la couleur, le type et la taille du symbole pour la structure projetée de la bande.

Ces menus symbole et la taille du symbole. Appuyez sur le menu, ajouter une nouvelle ligne. Le graphique montrera la structure de la bande avec les contributions de nanotube.

Répétez ensuite la même procédure pour recueillir la bande projetée avec des contributions de nanoribbon. Sélectionnez l’exportation graphique du menu. Exportez le graphique dans le fichier avec le format agr.

Par exemple, enregistré comme 11-4.agr. Utilisez les grades XM pour identifier les bandes projetées. Type xmgrace11-4.

agr sur terminal pour démarrer xmgrace dans le système de menu. Sélectionnez le menu, tracez les propriétés d’accès pour identifier l’étiquette et la gamme des axes. Sélectionnez l’apparence de l’ensemble de l’intrigue manuelle pour lire la valeur énergétique en tant que numéro de bande spécifié et point clé.

Le maximum de bande de libération et le minimum de bande de conduction de nanotube ou de nanoribbon peuvent être juste de la bande projetée avec les contributions des nanotubes ou des nanoribbons respectivement. Calculez ensuite le décalage de bande de valence, le décalage de bande de conduction et l’écart de bande. Sélectionnez le menu, le fichier, le point pour exporter le graphique avec les formats APS.

Calculez la décomposition de la bande pour charger la densité pour VBM et CBM. Préparez un pbs, script job. pbs et sept fichiers d’entrée, INCAR, POSCAR, POTCAR, KPOINTS, WAVECAR, CHGCAR et CHG.

Spécifiez les numéros de bande pour CBM et VBM. Puis tapez IBAND en INCAR. Utilisez le KPOINT correspondant unique pour chaque bord de bande.

Le point converge CHGCAR, CHG. Et les fichiers WAVECAR.sont à partir de calculs statiques auto-cohérents. Type qsub travail.

pbs sur le système Interne Linux pour soumettre le travail. Utilisez VMD pour tracer VBM et CBM dans l’espace réel après la fin du travail. Démarrez une session VMD et chargez POSCAR.

Sélectionnez le menu, le fichier, la nouvelle molécule dans la fenêtre principale VMD. Trouvez le PARCHG par la fenêtre de navigation. Chargez le PARCHG par le type, appuyez et marquez PARCHG.

Sélectionnez le menu, dessinez la surface solide et montrez une surface solide dans la fenêtre représentations graphiques. Modifiez la valeur ISO en une valeur appropriée, par exemple 0,02. Changez la couleur de la surface ISO par la méthode de coloration du menu.

Quatrième étape, moduler les propriétés électroniques du nanocomposite par champs externes. Ajouter un champ électrique transversaux au nanocomposite. Préparez un PBS, script job.

pbs et les quatre fichiers d’entrée, INCAR, POSCAR, POTCAR et KPOINTS. Définir la force du champ électrique par le tag e-field dans les unités d’eV Astrum. Ensemble LDIPOL égale T, ensemble IDIPOL égale 2.

Et le champ électrique sera appliqué permettre l’axe Y. Effectuez des calculs statiques auto-cohérents et des calculs de structure de bande, en suivant les étapes deux et trois sans optimisation de la structure. Ajouter un test longitudinal de la force au nanocomposite, enchaîner le paramètre de treillis le long de la direction périodique pour tenir compte de l’effet de chaîne.

Par exemple, pour optimiser le paramètre de treillis de nanocomposite le long de l’axe est de 2,5045 Astrum Si appliqué 1% et la force tensile axiale le long de la Z par l’action. Modifier le paramètre de treillis dans POSCAR à 2,529545 Astrum. Relâchez la structure de modification après la première étape, effectuez des calculs statiques auto-cohérents et des calculs de structure de bande, en suivant les étapes deux et trois.

Résultats représentatifs. L’énergie d’encapsulation peut être utilisée comme estimation approximative de la stabilité énergétique du nanocomposite. L’énergie d’encapsulation des nanoribbons de nitrite de bore, un 2, un 3, et un 4 encapsulés à l’intérieur du nanotube de nitrite de bore 11, 11 sont 0.033 eV Astrum, 0.068 eV Astrum et 0131 eV Astrum respectivement.

Bien que l’énergie d’encapsulation varie selon un ordre de grandeur avec la taille des nanoribbones, les trois nanocomposites présentent l’alignement de la bande de type deux. Il s’agit d’une structure de bande de nitrite de bore et de nanoribbons, un quatre encapsulés à l’intérieur du nanotube de nitrite de bore, 11, 11. Valence bande maximale et la bande de conduction minimum situé à nanotube et nanoribbon respectivement.

L’alignement échelonné de bande est salutaire pour des courants légers au mécanisme principal de transport de charge est comme suit. La photo génère une coque d’annonce électrique en nanoribbons au point X. Ensuite, l’ensemble se dissocie des nanoribbones au nanotube.

Le décalage calculé de bande de valence est 317 micro eV. Il est plus grand que l’énergie thermique à 300 Kelvins qui est d’environ 13 micro eV. Cela diminue efficacement le taux de recombinaison des transporteurs photogénérés.

Pour améliorer la récolte de lumière à travers un large spectre, ce champ électrique transfère et la force tensile longitudinale sont appliquées aux nanoribbons de nitrite de bore, un quatre encapsulés à l’intérieur du nanotube de nitrite de bore, 11, 11. Il s’agit de l’évolution des bords de bande par rapport au niveau de vide, et réagit à aucun champ. Une réduction substantielle de l’écart jusqu’à près de 0,95 eV est observée dans ce nanocomposite par les deux champs externes.

Plus important encore, l’alignement échelonné de bande est préservé contre le diffus. Les potentiels redox de l’eau sont marqués par les lignes bleues pointillées. Les bords de bande sont relatifs aux potentiels redox indiquent qu’un tel nanocomposite peut être prometteur pour le fractionnement de l’eau. Conclusion.

Il est rapide et efficace d’utiliser une approche de criblage computationnel pour découvrir des matériaux de faible dimension qui possèdent des propriétés adaptées au fractionnement de l’eau en solo. Un tel système unidimensionnel peut proposer d’intégrer une génération d’hydrogène photo-catalated et une portée sûre de modèle de capsule. Les électrons photogénérés pourraient être collectés par nanoribbon, les protons pénètrent à travers le nanotube pour générer une molécule d’hydrogène rejointe par attraction électrostatique.

L’hydrogène produit est complètement isolé dans le nanotube pour éviter la réaction inverse ou l’explosion non désirée. Les premiers calculs des principes sous-estimeront l’état d’écart à l’aide de l’EPI fonctionnel. Mais ils peuvent saisir les tendances essentielles dans l’alignement des bandes et les décalages de bande.

Des valeurs plus précises de décalage de bande de valence, de décalage de bande de conduction et d’écart de bande sont nécessaires si comparées aux travaux expérimentaux, fonctionnent fonctionnellement seraient plutôt employées, ce qui prendra du temps que la fonction PPE. En plus d’aborder la durée de vie des coques générées par photo et électriques dans les états statiques nano diabétiques me refuser certains calculs qui sont nécessaires. Ceci est important pour concevoir des photo-catalyseurs avec de longues carrières à vie.