Berekeningen die worden uitgevoerd door het Vienna ab initio simulatie pakket kunnen worden gebruikt om de intrinsieke elektronische eigenschappen van nanoschaal materialen te identificeren en de potentiële watersplitsings fotokatalysatoren te voorspellen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Probe type II band uitlijning in eendimensionale van der Waals Heterostructuren met behulp van berekeningen van de eerste principes
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Computationele tools op basis van density-functionele theorie (DFT) maken het mogelijk om de kwalitatief nieuwe, experimenteel verkrijgbare nanoschaal verbindingen voor een gerichte toepassing te verkennen. Theoretische simulaties bieden een diepgaand inzicht in de intrinsieke elektronische eigenschappen van functionele materialen. Het doel van dit protocol is om foto katalysator kandidaten te zoeken op computationele dissectie. Fotokatalytische toepassingen vereisen geschikte band openingen, passende band rand posities ten opzichte van de redox potentials. Hybride functionals kunnen nauwkeurige waarden van deze eigenschappen bieden, maar zijn computationeel duur, terwijl de resultaten op de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) functioneel niveau effectief kan zijn voor het suggereren van strategieën voor bandstructuur engineering via elektrische veld-en trekspanning gericht op het verbeteren van de fotokatalytische prestaties. Om dit te illustreren, in het huidige manuscript, wordt de DFT gebaseerde simulatietool VASP gebruikt om de band uitlijning van nanocomposieten in combinaties van nanobuisjes en nanoribbons in de grondtoestand te onderzoeken. Om de levensduur van fotogegenereerde gaten en elektronen in de opgewonden toestand aan te pakken, zijn niet-adiabatische dynamiek berekeningen nodig.
Inleiding
De wereldwijde vraag naar schone en duurzame energie heeft onderzoek gestimuleerd naar veelbelovende materialen om de afhankelijkheid van eindige Petroleum bronnen te verminderen. Simulaties zijn efficiënter en zuiniger dan experimenten in het versnellen van het zoeken naar nieuwe functionele materialen1. Materiaal ontwerp vanuit een theoretisch perspectief2,3,4 is nu meer en meer populair vanwege de snelle vooruitgang in computationele bronnen en theorie ontwikkelingen, waardoor computationele simulaties betrouwbaarder worden5 ....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Optimaliseer de atoomstructuur.
- Bereid vier invoerbestanden voor de structuur ontspanning berekening door VASP: INCAR, POSCAR, POTCAR, en KPOINTS.
Opmerking: er zijn opgegeven parameters in het INCAR-bestand waarmee de berekening wordt gedefinieerd. De lijn "EDIFFG = 0,02" in de INCAR bestand geeft aan dat alle atomen worden ontspannen totdat de kracht op elk atoom is < 0,02 eV/Å. Het POSCAR-bestand bevat de atomische geometrie-informatie. De initiële parameters van de rooster in het poscar-bestand kunnen worden gekozen uit theoretische3 of experimentele verwijzingen12,13
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Zigzag BN-NRs ingekapseld in fauteuil BN-NTs (11, 11) werden gekozen als representatieve voorbeelden voor een 1D vdW hetero structuur. De parameters van het rooster werden ontleend aan Sahin et al.20. Voor het gemak wordt zigzag NRs afgekort tot Zn, waarbij n de III-V Dimeren langs de breedte14vertegenwoordigt. De inkapings energie EL uit stap 2,3 werd gebruikt als een ruwe schatting voor de energetische stabiliteit van het nanocomposiet. De EL
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De berekeningen voor elektronische eigenschappen in de secties 2, 3 en 4 zouden vergelijkbaar zijn bij verschillende nanoschaal materialen. Het initiële atomische model in stap 1 moet zorgvuldig worden ontworpen om zinvolle informatie te extraheren. De factor voor het selecteren van het model kan bijvoorbeeld de grootte of chiraliteit van de materialen zijn. Ook moet het initiële atomische model in stap 1,1 redelijkerwijs worden voorbereid voor de lage kostenstructuur ontspanning. Als voorbeeld van de nanocomposiet in he.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Dit werk werd gesteund door de Chinese postdoctorale wetenschaps Stichting (Grant No. 2017M612348), Qingdao postdoctoraal Stichting (Grant nr. 3002000-861805033070) en van het Young Talent project aan de Ocean University of China (Grant No. 3002000-861701013151). De auteurs bedanken Miss ya Chong Li voor het voorbereiden van de vertelling.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Nanotube Modeler | Ontwikkeld door Dr. Steffen Weber | NanotubeModeler1.8 | http://www.jcrystal.com/products/wincnt/NanotubeModeler.exe |
| P4VASP | Orest Dubay | p4vasp 0.3.30 | Open source, beschikbaar op www.p4vasp.at |
| v2xsf | Ontwikkeld door Dr. Jens Kunstmann | v2xsf | http://theory.chm.tu-dresden.de/~jk/software.html |
| VASP software | Computational Materials Physics, Dept. of Physics, University of Vienna | vasp.5.4.1 | https://www.vasp.at |
| VMD software | Theoretical and Computational Biophysics Group, University of Illinois at Urbana-Champaign | vmd1.9.3 | https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd |
| xcrysden | Dept. of Physical and Organic Chemistry, Jozef Stefan Institute | XCrySDen1.5.60 | http://www.xcrysden.org/ |
| Xmakemol | Ontwikkeld door M. P. Hodges | xmakemol5.16 | https://www.nongnu.org/xmakemol/XmakemolDownloads.html |
| Xmgrace software | Grace Development Team onder de coördinatie van Evgeny Stambulchik | xmgrace5.1.25 | http://plasma-gate.weizmann.ac.il/Grace/ |
Referenties
- 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....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
