第一原理計算を用いた1次元ヴァンデルワールヘテロ構造におけるプローブタイプIIバンドアライメント

このプロトコルは、第一原理ソフトワイヤー広大な表現力豊かなカレー、ナノチューブの中にカプセル化された亜硝酸ホウ素ナノリボンによるタイプ2結合アライメントを有する光触媒の計算スクリーニングを報告する。そして、他の例を取る。ステップ1、原子構造を最適化します。

広大な、INCAR、POSCAR、POTCAR、およびKポイントによる構造緩和計算のための入力ファイルの準備をします。ファイル INCAR には、計算を定義する指定されたパラメーターがあります。ファイル INCAR の行は、各原子の力が原子当たり 0.028 未満になるまですべての原子が緩和される場合に、青いボックスで囲まれています。

ファイル POSCAR には、アトミックジオメトリ情報が含まれています。ファイル内の初期の格子パラメータは、POSCARは、ラジカルまたは実験的な参照から選択することができる。オレンジ色のボックスで示されるように。

KPOINTはKPOINTメッシュを定義し、POSCARはまだ潜在的なファイルは、POSCAR用の亜硝酸ホウナノリボンの初期構造を生成する可能性があります。材料プロジェクトのウェブサイトから最初のホウ素亜硝酸塩ボックスユニット用POSCARをダウンロードしてください。彼らは、SXF形式のファイルにPOSCARを変換するためにV2SXFを使用しました。

SXF ファイルは、正しい式にすることができます。V2SXF POSCAR をバンド 2 システム内に入力しません。出力 POSCAR SXFGZ タブガンジ POSCAR, デルタ SXF-GZ.

と出力 POSCAR SXF.xcrysdenを使用して亜硝酸ホウ素のスーパーセルを構築します。タイプ xcrysden-sxf POSCAR.Xsf.

メニューを選択して、描画される病気の数を変更し、X 方向と Y 方向のスタイルを拡張します。メニュー、ファイルを選択します。スーパーセル構造をエクスポートするために XSF 構造を保存します。

xmakemol-f スーパーセルと入力してスーパーセルを開くには、xmakemolを使用します。メニューを選択し、表示するメニューを追加します。クリックトは、レンジング内の原子を遅延させ、ナノリボンを希望の幅とキラリティでキャストします。

ナノチューブの亜硝酸ホウ素は、ナノチューブモデラー、オープンナノチューブモデラーEXCによって窓システムで構築することができる。メニューを選択し、タイプ B-N を選択します。そして、キラリティを指定します。

メニュー、ファイル、保存 XYZ テーブルを選択して、この構造をエクスポートします。計算ジョブを開始する前に、VMD Southwire を使用してアトミック構造を確認します。VMD を内部 VMD システムに入力します。

開いている VMD メイン ウィンドウで。メニュー、ファイル、分子を選択し、ブラウズウィンドウからPOSCARを見つけます。タイプMAGEとスコアPOSCARによってPOSCARをロードします。

グラフィカルな表現の描画方法ウィンドウで、異なるスタイルで構造を表示します。たとえば、CPK を選択します。各原子は球によって表され、各結合はステークによって表されます。

qsub ジョブを入力します。をクリックして、ジョブをコンピュータに送信します。移植可能なバッチ システム スクリプトにクラスします。

これは、job.pbs という名前のスクリプトの例です。ジョブが終了した後、比率が精度を必要とする場合、ストラクチャーのエネルギー最小化は出力ロックの最後に表示されます。収束の結果はペンドです。

結果として得られるPOSCARは、次の計算のための入力ファイルPOSCARとして使用されます。材料の電子特性を分析します。ステップ2。

カプセル化エネルギーを計算します。タイプ mkdir ナノコンポジット単離ナノリボン単離ナノチューブは、Linux システム内のナノコンポジット、ナノリボン、ナノチューブの内部に qsub フォルダを作成します。1つのPBSスクリプト、ジョブを準備します。

PBS と 4 つの入力ファイル INCAR, POSCAR, POTCAR と KPOINTS.エネルギーの場合は、各フォルダで計算します。入力ファイルPOSCARは構造を緩和し、CARをカウントするのと同じ方法で、その1を形成する。

各フォルダに移動し、qsub ジョブを入力します。内部 Linux システムに pbs.一連の交配された仕事は、ナノコンポジットの静的自己一貫エネルギー計算を行い、ナノリボンを分離し、それぞれナノチューブを分離する。

次に、各システムバックアップコマンドの OUTCAR ファイルからの総エネルギーを追跡します。静的自己一貫性のある計算を終了した後、この式に示すようにカプセル化エネルギーを計算します。ナノコンポジットの周期的相互作用はZ軸を可能にし、Lは単位細胞の格子定数であり、カプセル化エネルギーはナノコンポジットのエネルギー安定性の推定値として使用することができる。

ステップ3は、バンド構造から電子特性を抽出する。PBS、スクリプトジョブを1つ準備します。pbs と 6 つの入力ファイルを指定します。

インカー、ポスカー、ポットカー、クポイント、CHGカー、およびCHG。バンド計算の場合、ICHARGはINCARで11に等しいと述べた。変換前 CHGCAR ファイルと CHG ファイルは、静的自己一貫性のある計算から取得されます。

KPOINT での KPOINT サンプリングは、行モードです。qsub ジョブを入力します。ジョブを送信するために内部のLinuxシステムにpbs。

投影バンドを生成するには、p4vasprun を使用します。バスプルンをロードします。xml p4v vasprun と入力します。

xml はターミナルで行います。メニュー、電子ローカルDOSバンドを選択します。バンドを制御して選択します。

ラベル原子選択でナノチューブの原子番号を指定します。VMD を使用して対応する原子を指し示すことで、原子番号を取得します。投影バンド構造のシンボルの色、タイプ、サイズを指定します。

これらのメニューは、シンボルとシンボルのサイズを示します。メニューを押して、新しい行を追加します。グラフはナノチューブからの貢献とバンド構造を示します。

その後、同じ手順を繰り返して、ナノリボンからの貢献を持つ投影バンドを収集します。メニューグラフのエクスポートを選択します。グラフを agr 形式のファイルにエクスポートします。

たとえば、11-4.agr として保存されます。XM グレードを使用して、投影バンドを ID に設定します。タイプ xmgrace11-4.

メニューシステムでxmgraceを開始するターミナル上のagr。メニューを選択し、ラベルと軸の範囲を ID にアクセスするプロパティをプロットします。手動プロット セットの外観を選択して、指定したバンド番号とキー ポイントとしてエネルギー値を読み取ります。

放出バンド最大および伝導バンドのナノチューブまたはナノリボンの最小は、それぞれナノチューブまたはナノリボンの寄与を有する投影バンドから右にすることができる。次に、価電子帯オフセット、伝導帯オフセット、バンドギャップを計算します。メニュー、ファイルを選択し、APS 形式でグラフをエクスポートするポイントを選択します。

VBM と CBM の帯電密度に分解するバンドを計算します。1つのpbs、スクリプトジョブを準備します。PBS と 7 つの入力ファイル、 INCAR、 POSCAR、ポットカー、KPOINTS、ウェーブカー、CHGCAR、および CHG。

CBM および VBM のバンド番号を指定します。その後、INCARでIBANDと入力します。各バンド エッジに対応する 1 つの KPOINT を使用します。

点はCHGCAR、CHGを収束する。そして、WAVECAR ファイルは、静的自己一貫性のある計算からです。qsub ジョブを入力します。

ジョブを送信するために内部のLinuxシステムにpbs。VMD を使用して、ジョブの終了後に実際のスペースに VBM と CBM をプロットします。VMD セッションを開始し、POSCAR をロードします。

メニュー、ファイル、新しい分子をVMDのメインウィンドウで選択します。ブラウズ ウィンドウから PARCHG を見つけます。タイプでPARCHGをロードし、PARCHGを押してスコアを付けます。

メニューを選択し、ソリッドサーフェスを描画し、グラフィカルリプレゼンテーションウィンドウにソリッドサーフェスを表示します。ISO 値を適切な値 (0.02 など) に変更します。メニューの着色方法を使用して、ISOサーフェスの色を変更します。

ステップ4は、ナノコンポジットの電子特性を外部フィールドで変調する。ナノコンポジットに横電界を追加します。PBS、スクリプトジョブを1つ準備します。

PBS と 4 つの入力ファイル、INCAR、POSCAR、POTCAR、および KPOINTS。eVアストラムの単位でタグe-fieldによって電界の強さを定義します。LDIPOL は T に等しく、IDIPOL は 2 に等しくなります。

そして、電界はY軸を許可して適用されます。静的自己一貫性のある計算とバンド構造の計算を実行します。ナノコンポジットに強度の縦検定を加え、周期方向に沿って格子パラメータを連鎖し、文字列効果を考慮する。

例えば、ナノコンポジットのラティスパラメータを軸に沿って最適化するには、2.5045 Astrum 1%を適用するとZに沿った軸張力強度が作用します。POSCAR のラティス パラメータを 2.529545 Astrum に変更します。ステップ 1 に続いて修正構造を緩和し、ステップ 2 と 3 に従って、静的自己一貫性のある計算とバンド構造の計算を実行します。

代表結果。カプセル化エネルギーは、ナノコンポジットのエネルギー安定性の概算値として使用することができる。亜硝酸ホウ素ナノリボンの封入エネルギーは、2、3、および4を亜硝酸ナノチューブ11、11の内部に封入したホウ素ナノチューブ11、11は、それぞれ0.033 eVアストラム、0.068 eVアストラムおよび0131 eVアストラムである。

カプセル化エネルギーはナノリボンサイズで大きさによって変化するが、3つのナノコンポジットすべてがタイプ2バンドアライメントを有する。これは亜硝酸ホウ素とナノリボンのバンド構造であり、4本の亜硝酸ホウ素ナノチューブの内部に封入された、11、11である。原子価帯最大および伝導バンドは、それぞれナノチューブおよびナノリボンに位置する。

このずんだバンドアライメントは、電荷輸送の主なメカニズムへの光電流に対して有益であるが、以下の通りである。写真はX点でナノリボンに電気広告船体を生成します。その後、全体がナノリボンからナノチューブに解離します。

計算された価数帯オフセットは317マイクロeVである。それは約13マイクロeVである300ケルビンで熱エネルギーよりも大きい。これにより、光発生キャリアの再結合率が効果的に低下します。

広いスペクトルを通して光収穫を高めるために、これは電界を移し、長手方向引張強度を亜硝酸ホウ素ナノリボン、亜硝酸ホウ素ナノチューブの内部に封入した4本の、11、11に適用される。これは、バキュームレベルに対するバンドエッジの進化であり、フィールドに反応しません。このナノコンポジットでは、両外部分野で0.95 eV付近までの大幅なギャップ低減が認められる。

さらに重要なのは、ずらしたバンドの位置合わせが拡散に対して保持される点です。水の酸化還元電位は、青い破線でマークされています。バンドエッジは、酸化還元電位に対して、このようなナノコンポジットが水の分裂に有望である可能性があることを示している。結論。

単独の水分割に適した特性を持つ低次元材料を発見するために、計算スクリーニングアプローチを使用することは迅速かつ効率的です。このような一次元系は、光触媒水素生成と安全カプセル型リーチを統合することを提案することができる。光発生電子はナノリボンによって収集することができ、陽子はナノチューブを貫通し、静電引力によって結合された水素分子を生成する。

生成された水素は、望ましくない逆反応や爆発を避けるためにナノチューブ内で完全に単離されています。第1の原則計算はPPE機能を使用してギャップステータスを過小評価します。しかし、彼らはバンドアライメントとバンドオフセットの本質的な傾向を捉えることができます。

バジェンスバンドオフセット、伝導バンドオフセット、バンドギャップのより正確な値は実験作業と比較した場合に必要であり、動作機能はむしろ採用され、PPE機能よりも時間がかかる。静止状態の写真生成された船体と電気の寿命に対処することに加えて、ナノ糖尿病患者は私に必要ないくつかの計算を否定します。これは、長い生涯のキャリアを持つフォト触媒を設計するために重要です。