I calcoli eseguiti dal pacchetto di simulazione initio di Vienna Ab possono essere utilizzati per identificare le proprietà elettroniche intrinseche dei materiali su nanoscala e prevedere i potenziali fotocatalizzatori di scissione dell'acqua.
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Articolo metodologico
Allineamento banda di tipo iI della sonda nelle eterostrutture one-dimensionali Van Der Waals utilizzando i calcoli dei primi principi
In questo articolo
Sommario
Abstract
Gli strumenti computazionali basati sulla teoria della densità-funzionale (DFT) consentono l'esplorazione dei composti su nanoscala qualitativamente nuovi e sperimentalmente raggiungibili per un'applicazione mirata. Le simulazioni teoriche forniscono una profonda comprensione delle proprietà elettroniche intrinseche dei materiali funzionali. L'obiettivo di questo protocollo è quello di cercare i candidati fotocatalizzatori per dissezione computazionale. Le applicazioni fotocatalitiche richiedono spazi di banda adeguati, posizioni appropriate del bordo della banda rispetto ai potenziali di redox. I funzionali ibridi possono fornire valori precisi di queste proprietà, ma sono costosi dal punto di vista computazionale, mentre i risultati a livello di funzionalità per Il valore Di S.C.-Bbe (PBE) potrebbero essere efficaci per suggerire strategie per l'ingegneria della struttura delle bande campo elettrico e tensione con l'obiettivo di migliorare le prestazioni fotocatalitiche. Per illustrare questo concetto, nel presente manoscritto, lo strumento di simulazione basato su DFT VASP viene utilizzato per studiare l'allineamento delle bande di nanocompositi in combinazioni di nanotubi e nanoribbons nello stato del suolo. Per affrontare la durata dei fori e degli elettroni fotogenerati nello stato eccitato, sono necessari calcoli di dinamica non adiabatica.
Introduzione
La domanda mondiale di energia pulita e sostenibile ha stimolato la ricerca di materiali promettenti per ridurre la dipendenza dalle risorse petrolifere finite. Le simulazioni sono più efficienti ed economiche degli esperimenti per accelerare la ricerca di nuovi materiali funzionali1. La progettazione dei materiali da una prospettiva teorica2,3,4 è ora sempre più popolare grazie ai rapidi progressi nelle risorse computazionali e agli sviluppi teorici, rendendo le simulazioni computazionali più affidabili5 . I calcoli della teori....
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Protocollo
1. Ottimizzare la struttura atomica.
- Preparare quattro file di input per il calcolo del rilassamento della struttura da PARTE di VASP: INCAR, POSCAR, POTCAR e KPOINTS.
NOTA: nel file INCAR sono presenti parametri specificati che definiscono il calcolo. La riga "EDIFFG - 0,02" nel file INCAR indica che tutti gli atomi sono rilassati fino a quando la forza su ogni atomo non è <0.02 eV/ . Il file POSCAR contiene le informazioni sulla geometria atomica. I parametri primi del reticolo nel file POSCAR possono essere scelti da3 o riferimenti sperimentali teorici12,13. Il file KPOI....
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Risultati
Gli ZOzag BN-NRs incapsulati all'interno della poltrona BN-NT (11,11) sono stati scelti come esempi rappresentativi per un'eterostruttura 1DW. I parametri del reticolo sono stati presi da Sahin et al.20. Per comodità, gli NR a zig-zag sono abbreviati,n, dove n rappresenta i dimeri III-V lungo la larghezza14. L'energia di incapsulamento EL del punto 2.3 è stata utilizzata come stima approssimativa per la stabilità energetica del nanocomposito. I valori .......
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Discussione
I calcoli per le proprietà elettroniche nelle sezioni 2, 3 e 4 sarebbero simili tra i vari materiali su nanoscala. Il modello atomico iniziale nel passaggio 1 deve essere attentamente progettato per estrarre informazioni significative. Ad esempio, il fattore per la selezione del modello potrebbe essere la dimensione o la chiralità dei materiali. Inoltre, il modello atomico iniziale nel passaggio 1.1 dovrebbe essere ragionevolmente preparato per il rilassamento della struttura a basso costo. Prendendo come esempio il nano.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto dalla China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 2017M612348), dalla Qingdao Postdoctoral Foundation (Grant n. 3002000-861805033070) e dal Young Talent Project presso l'Ocean University of China (Grant n. 3002000-861701013151). Gli autori ringraziano la signorina Ya Chong Li per aver preparato la narrazione.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Nanotube Modeler | Sviluppato dal Dr. Steffen Weber | NanotubeModeler1.8 | http://www.jcrystal.com/products/wincnt/NanotubeModeler.exe |
| P4VASP | Orest Dubay | p4vasp 0.3.30 | Open source, disponibile all'indirizzo |
| www.p4vasp.at v2xsf | Sviluppato dal Dr. Jens Kunstmann | v2xsf | http://theory.chm.tu-dresden.de/~jk/software.html |
| software | VASPFisica dei materiali computazionali, Dipartimento di Fisica, Università di Vienna | vasp.5.4.1 | https://www.vasp.at |
| Software VMD | Gruppo di biofisica teorica e computazionale, Università dell'Illinois a Urbana-Champaign | vmd1.9.3 | https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd |
| xcrysden | Dipartimento di chimica fisica e organica, Istituto Jozef Stefan | XCrySDen1.5.60 | http://www.xcrysden.org/ |
| Xmakemol | Sviluppato da M. P. Hodges | xmakemol5.16 | https://www.nongnu.org/xmakemol/XmakemolDownloads.html |
| Xmgrace software | Grace Development Team sotto il coordinamento di Evgeny Stambulchik | xmgrace5.1.25 | http://plasma-gate.weizmann.ac.il/Grace/ |
Riferimenti
- 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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Ristampe e permessi
