Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

הדגימה multiscale של מים/מטאל הטרוגנית זרז ממשק באמצעות תיאורית פונקציונל הצפיפות ודינמיקה מולקולרית שדה כוח

Published: April 12, 2019 doi: 10.3791/59284
Automatic Translation
*1, *1, *1, 1,2, 1, 1
1Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Clemson University, 2Davidson School of Chemical Engineering, Purdue University
* These authors contributed equally

Summary

המטרה של פרוטוקול המובאת כאן היא ליצירה לטעום מסלולים של תצורות של מולקולות מים במצב נוזלי סביב מינים קטליטי על משטח שטוח מתכות מעבר. תצורות שנדגמו יכול לשמש החל מבנים על פי מכניקת הקוונטים.

Abstract

מספר משמעותי של תהליכים כימיים מזורז heterogeneously מתרחשים בתנאים נוזלי, אולם הדמיית זרז תפקוד בתנאים כאלה הוא מאתגר כאשר יש צורך לכלול את מולקולות הממס. שבירת הקשר ויוצרים תהליכי המודל במערכות אלו מחייבים השימוש בשיטות כימיות קוונטית. מאז מולקולות בשלב נוזלי תחת תנועה תרמית מתמדת, סימולציות לכלול גם המבצעות הדגימה. משמעות הדבר היא כי עליך ניתן לדמות תצורות מרובות של מולקולות נוזל לזן קטליטי בכל עניין. המטרה של פרוטוקול המובאת כאן היא ליצירה לטעום מסלולים של תצורות של מולקולות מים במצב נוזלי סביב מינים קטליטי על משטחים שטוחים מתכות מעבר בצורה מאזנת הדיוק כימי עם הוצאות חישובית. באופן ספציפי, סימולציות דינמיקה מולקולרית (FFMD) שדה הכוח משמשים כדי ליצור תצורות של מולקולות נוזלי, אשר לאחר מכן ניתן להשתמש בשיטות המבוסס על מכניקת הקוונטים כגון תיאורית פונקציונל הצפיפות ' או ' ab initio מולקולרית דינמיקה. כדי להמחיש זאת, כתב יד זה, הפרוטוקול משמש intermediates קטליטי זה יכול להיות מעורב מסלול עבור הפירוק של גליצרול (ג3H8O3). המבנים שנוצרו באמצעות FFMD הם עוצב ב- DFT כדי לאמוד את enthalpies של יוצרות המינים קטליטי וכדי לזהות כמה מולקולות2O H להשתתף decompositions קטליטי.

Introduction

מידול מעורב זרז הטרוגנית בתנאים נוזלי מולקולרית תופעות הוא הכרחי לתפקוד קטליטי הבנה; עם זאת, זה נותר מאתגר כי זה דורש איזון עדין בין דיוק כימי וההוצאות חישובית באופן כללי, מכיוון זרז כרוך שבירת ויוצרים של קשרים כימיים, מכניקת הקוונטים יש להשתמש במידה מסוימת לפחות; עם זאת, סימולציות ארוכה מאתגרת ב מכניקת הקוונטים, כפי שהם דורשים משאבי המחשב משמעותית. מאז מולקולות בשלב נוזלי תחת תנועה תרמית מתמדת, סימולציות לכלול גם דגימה המבצעות, כלומר, הם חייבים לשלב מספר סידורי המרחבי של מולקולות נוזלי, כמו כל סידור מרחבי שונה (כלומר, כל אחד תצורה) יש אנרגיה אחרת. משמעות הדבר היא כי עליך ניתן לדמות תצורות מרובות של מולקולות נוזל לזן קטליטי בכל עניין. צרכים אלה – כדי להשתמש מכניקת הקוונטים, כדי לבצע חישובים מרובים לכל המינים קטליטי – יכול לדקלם דוגמנות ב זרז הטרוגנית תחת שלב נוזלי שהמפתחות סורר. מטרת השיטה המתוארת במסמך זה היא לאפשר שהמפתחות צייתן סימולציות של תופעות זרז הטרוגנית תחת שלב נוזלי.

אנו מעוניינים במיוחד תגובות heterogeneously מזורז מתבצעת תחת מים במצב נוזלי. מולקולות המים יש השפעה משמעותית על התופעות קטליטי, כגון אינטראקציה עם מינים קטליטי (לדוגמה, באמצעות פיזור כוחות, מימן)1,2,3,4,5 ,6,7,8,9,10,11,12,13,14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23, השתתפות קטליטי תגובות1,7,8,9,15,21,22,24 ,25,26,27, המשפיעים על התגובה מסלולים ו/או המחירים קטליטי1,11,12,15, 18,23,25,27,28,29,30,31. מידול של תופעות אלו בוצעה באמצעות QM ו/או ab initio דינמיקה מולקולרית (AIMD)1,2,6,7,14,22 ,25,27,28,32,33,34, כוח שדה דינמיקה מולקולרית (FFMD)35 , מכניקת הקוונטים/מולקולרי מכניקה (QM/מ מ)10. AIMD, FFMD, האטומים במערכת מועברים על פי משוואות ניוטון-התנועה לפי הכוחות הפועלים עליהם. ב- AIMD, כוחות ואנרגיות מערכת מחושבים עם מכניקת הקוונטים, ואילו ב- FFMD, כוחות ואנרגיות מערכת מחושבים באמצעות כוח שדות, אשר הם ביטויים אלגבריים זה הם פרמטרים בהתבסס על ניסיוני או QM נתונים. ב QM/מ מ, החלק של מערכת שבו מתרחשת ההדבקה שבירת ויוצרים מחושבת QM, השארית של המערכת מחושבת עם מ מ, אשר מעסיקה שדות-כוח. כי הם מעסיקים ישירות QM, AIMD ו QM/מ"מ מתאימים יותר עבור לכידת שבירת בונד, ויוצרים זה מתרחשת בפאזה מימית זרז הטרוגניות; אולם, FFMD היא משמעותית יותר שהמפתחות צייתן, ולכן מתאימה יותר ליצירת התצורות של נוזל H2O מולקולות. השיטה המובאת פרוטוקול זה מאזן הוצאות חישובית ודיוק כימי על ידי שימוש בשילוב של QM FFMD.

באופן ספציפי, שיטה זו משתמשת FFMD סימולציות ליצירת תצורות של נוזל H2O ו- QM לחישוב מערכת אנרגיות. FFMD מתבצעות בעזרת LAMMPS. 36 כוח השדות המשמשים FFMD בעבודה זו להעסיק לנארד-ג'ונס + פוטנציאל קולון (ג'יי + C), שבו הפרמטרים LJ נלקחו דגם TIP3P/CHARMM37 עבור H2O, שדה הכוח אוניברסלי38 (UFF) עבור Pt, ו שדה כוח OPLS-AA39 מינים קטליטי, והפרמטרים הקולומבית ננקטו מהמודל37 TIP3P/CHARMM עבור H2O וכן את שדה הכוח OPLS-AA39 מינים קטליטי. הפרמטרים הקולומבית עבור אטומים Pt הוגדרו כ- 0. QM החישובים מבוצעים באמצעות VASP קוד40,41,42, אשר הוא קוד תיאורית פונקציונל (DFT) צפיפות. הוספות מולקולת מים מבוצעים עם קוד שפותחו שבאתר הנקרא מונטה קרלו plug-in עבור שיטות קוונטית (MCPliQ). המרות קבצים מ VASP ל LAMMPS ב פרוטוקול זה מבוצעות עם התוכנה חזותי מולקולרית דינמיקה (גילוי תנועה בווידאו)43.

הפרוטוקול נועד ליצור תצורות של מולקולות המים נוזלים סביב מינים קטליטי על משטחים שטוחים מתכות מעבר-כיסוי נמוך. כיסוי θ באמצעות מסומן, הגדיר מספר adsorbates לכל משטח אטום מתכת (קרי, מספר adsorbates משטח מנורמל לפי מספר אטומי המתכת בשכבה העליונה של לוח מתכת במודל זרז). כתב יד זה, כיסוי נמוך מוגדר θ באמצעות ≤ 1/9 חד שכבתי (ML), שבו 1 מ"ל אומר מין קטליטי אחד לכל משטח אטום מתכת. הדגמים זרז יוצבו בתיבות הדמיה תקופתיות. בתיבות סימולציה אינם חייבים להיות קוביות. כתב יד זה מדגים את השימוש בפרוטוקול ליצירת תצורות של נוזלי H2O יכול לשמש כדי לחשב כמויות של עניין זרז הטרוגנית פאזה מימית.

פרוטוקול זה דורש כי למשתמש יש גישה לגירסאות מותקן ועובד של התוכנה VASP, MCPliQ, LAMMPS, גילוי תנועה בווידאו. מידע נוסף אודות VASP (https://www.vasp.at/), LAMMPS (https://Lammps.sandia.gov/) גילוי תנועה בווידאו (https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/) הינם זמינים באתרי האינטרנט שלהם בהתאמה. התוכנה MCPliQ מתועדת ב- https://github.com/getman-research-group/JoVE_article, יחד עם כל קבצי קלט וסקריפטים פיתון המוזכרים בפרוטוקול זה. פרוטוקול זה מניח קבצי ההפעלה וקבצי script שהוזכרו בתוך יהיה לפעול על מחשב בעל ביצועים גבוהים מחקר מותקנים במדריך זה במשתנה $PATH של המשתמש. אם קובץ הפעלה או קובץ script של ימוקם במיקום שאינו בתוך המשתמש של $PATH, ולאחר מכן הנתיב אל קובץ ההפעלה חייב להיות כלול כדי לממשו. שלבים 2.1.2, 2.2.1, 2.2.8, 3.1, 4.2, 5.2 ו 6.1.2 מבוצעות הרצה וקבצי script. לדוגמה, כדי לבצע את הקוד MCPliQ בצעד 2.1.2 מספריה שאינו נמצא המשתמש של $PATH, היתה סוג של המשתמש $PATHTOMCPLIQ/mcpliq -הממשק של שורת פקודה במקום mcpliq, היכן $PATHTOMCPLIQ המיקום איפה mcpliq כבר מאוחסן קובץ הפעלה (למשל, ייתכן $PATHTOMCPLIQ ~ / bin). לפני שמתחילים פרוטוקול זה, כל הפעלה של קבצי script שיש להעניק הרשאות ההפעלה (למשל, ב- Linux, זה יכול להיעשות על-ידי הקלדת chmod + x mcpliq -ממשק שורת פקודה מן הספרייה שבה מאוחסן על mcpliq ההפעלה). עוד יותר, יש לטעון כל המודולים הנדרש על-ידי תוכנות או סקריפטים (יחסי תלות אלה יהיו ספציפיות בהתקנות בודדות של התוכנה השונים ואת המחשב שבו יופעלו הסימולציות).

Protocol

1. ליצור את מבנה adsorbate

  1. צור קובץ VASP POSCAR הכוללת של supercell עם תנאי גבול תקופתי, כפי שהיית עושה אם היו מבצע סימולציות של adsorbates על משטחי מתכת תחת ואקום. Supercell צריכה לכלול את הניחוש הראשוני של המבנה adsorbate משטח מתכת וכן ואקום בחלל מעל adsorbate עבור הוספת H2O מולקולות. פרטים על איך לעשות את זה הינם מסופקים בחדרי העבודה הקודמת35,44.
    הערה: חשוב כי הגובה של המרחב ואקום להיות לפחות 12 Å מעל adsorbate.
  2. תוכלו להירגע על המבנה, למזער את האנרגיה שלה באמצעות הקוד VASP. פרטים על איך לעשות את זה הינם מסופקים בחדרי העבודה הקודמת35,44. זה יהיה לייצר קובץ בשם CONTCAR, אשר ייעשה שימוש בסעיף הבא.

2. מוסיפים מולקולות מפורשת של2O H

  1. להוסיף מולקולות המים N החלל ואקום CONTCAR שנוצר בשלב 1.2 באמצעות הקוד MCPliQ, שבו N = ρV, ρ היא הצפיפות של מים, ו- V הוא נפח החלל ואקום מעל adsorbate.
    הערה: ρ צריך להתייחס כמו צפיפות המים כפי שנקבע על ידי דגם TIP3P/CHARMM מים בטמפרטורה סימולציה. V מעודן בשלב הבא.
    1. ציין את הפרטים הבאים בקובץ master_input.txt MCPliQ: מספר מולקולות2O H כדי להוסיף (N) על-ידי שינוי בארגומנט הראשון קו 28, הנתיב לקובץ ה-water.txt על-ידי שינוי הארגומנט השני בשורה 28, תוך מזעור ו גובה מקסימלי של supercell זה יכול להיות כבוש על ידי מולקולות מים על-ידי שינוי את קואורדינטת ה - מינימום z בשורה 11 ו את קואורדינטת ה - מקסימום z בשורה 12.
    2. הפעל את הקוד MCPliQ על-ידי הקלדת mcpliq מתוך ממשק שורת פקודה כדי להוסיף מולקולות מים לתוך קובץ ה-CONTCAR. הקוד יהיה הפלט קובץ אחד או יותר עם סיומת הקובץ של. POSCAR.
      הערה: אם אחד או יותר קבצי POSCAR מיוצרים, הם תיקרא POSCAR_n.POSCAR. בחר את הקובץ כאשר n הוא הגדול ביותר.
  2. צור את הקבצים קלט LAMMPS סימולציה NPT, equilibrate נפח התאים באמצעות FFMD ההרכב NPT ב- LAMMPS.
    1. לבצע את lmps_bond_angle.py סקריפט ב-. POSCAR קובץ שנוצר בשלב 2.1.2 על-ידי הקלדת lmps_bond_angle.py $filename. POSCAR -ממשק שורת פקודה, שבו $filename הוא שמו של. POSCAR קובץ שנוצר בשלב 2.1.2. קובץ script זה יוצר קובץ בשם $filename. POSCAR.bond_angle_info.txt המפרטת את איגרות החוב וזוויות שישמש בקובץ הנתונים LAMMPS.
    2. לפתוח את גילוי תנועה בווידאו, בחר File > מולקולה חדשה בחלון הראשי כדי לפתוח את חלון הדפדפן קובץ מולקולה . בחר VASP_POSCAR מתוך התפריט הנפתח לקבוע סוג קובץ . לחץ על עיון ונווט אל $filename. קובץ POSCAR. לחץ על טען כדי לפתוח את $filename. קובץ POSCAR.
    3. פתח את מסוף Tk תוך גילוי תנועה בווידאו על-ידי בחירת הרחבות > מסוף Tk מהחלון הראשי גילוי תנועה בווידאו.
    4. לבצע את הפקודה הבאה במסוף Tk: הטופוגרפית writelammpsdata $WDPATH/data.myadsorbate מלאה, איפה $WDPATH הספריה במחשב שבו גילוי תנועה בווידאו יכתוב את קובץ הנתונים של LAMMPS ו- data.myadsorbate הוא שמו של קובץ הנתונים LAMMPS.
    5. למחוק המקטע חוב וזוויות בתחתית הקובץ data.myadsorbate. לאחר מכן, צרף את רשימות קשר, זווית בקובץ $filename. POSCAR.bond_angle_info.text לתוך data.myadsorbate.
      הערה: את האינדקסים עבור סוג הקשר O-H ו- H-O-H סוג זווית עבור מולקולות מים ב $filename. קובץ POSCAR.bond_angle_info.txt מוגדרים שניהם ל- 1. לפיכך, סוגי קשר, זווית עבור adsorbates צריך להתחיל לספור ב 2.
    6. ערוך את הקובץ data.myadsorbate על-ידי הוספת הפרמטרים לנארד-ג'ונס המקטע זוג Coeffs ואת הפרמטרים הקולומבית בסעיף אטומים . לנארד-ג'ונס ופרמטרים הקולומבית H2O מולקולות, אטומים adsorbate, ו אטומי משטח המתכת צריך להתווסף.
      הערה: הפרמטרים לנארד-ג'ונס Pt אטומים, מולקולות המים של adsorbate אטומי פרוטוקול זה מתקבלים מן UFF38, TIP3P/CHARMM37, שדות-כוח39 OPLS-AA, בהתאמה. הקולומבית פרמטרים עבור אטומים מולקולות, adsorbates המים מתקבלים TIP3P/CHARMM37 , שדות-כוח39 OPLS-AA, בהתאמה. הקולומבית פרמטרים עבור אטומים Pt מוגדרות ל- 0 במפתח פרוטוקול זה. לחלופין, חיובים חלקית המחושבת יכול לשמש עבור הפרמטרים הקולומבית עבור אטומים adsorbate ו- Pt אטומים.
    7. להעתיק את input.equil קובץ הקלט LAMMPS הספריה $WDPATH. לערוך המשתנה קבוצה על קו 34 כדי לציין את האינדקסים סוג אטום החמצן במים, אטומי המימן של המים ואת המשתנה קבוצה בקו 35 כדי לציין סוג אטום האינדקסים עבור האטומים Pt ו- adsorbate.
    8. להפעיל את התוכנה LAMMPS על-ידי הקלדת mpiexec - np XX lmp_mpi < input.equil -הממשק של שורת פקודה, שבו XX הוא מספר ליבות CPU כדי להשתמש, lmp_mpi הוא שמו של קובץ ההפעלה LAMMPS. עושה את זה יפעל וצמצום אנרגיה כדי לחדד את תצורת2O H, ואחריו סימולציה FFMD ביצע מספר קבוע של מולקולות H2O (N), נפח (V), וטמפרטורה (T) להביא מים הטמפרטורה סימולציה, ואחריו סימולציה FFMD לרוץ במהירות קבועה N, לחץ (P), וטמפרטורה (T) כדי לקבוע את גובה פיזית נכונה של תיבת סימולציה. קבצי פלט זה ייעשה שימוש בסעיף 3 נקראים data.myadsorbate_npt ו log.myadsorbate.
      הערה: משך הזמן של הסימולציה NPT צריכה זמן מספיק כדי המרכיבים של "equilibration" לפעול, מהיכן מגיע היקף supercell מצב יציב, "הפקה" לרוץ, אשר משמש מדגם שהממוצע של ההרכב (כאן, גובה supercell) במהלך הריצה equilibration, צריך כמות supercell כאשר המותוות נגד הזמן תייצבי לערך מצב יציב. לאחר שהדבר מתרחש, ניתן לומר את הסימולציה NPT להיות בייצור שלה לרוץ. ודא equilibration של הסימולציה NPT על-ידי הבטחת כי התנודות בשיא supercell (הנחיתה) הן מינימליות או יש נפגשות על ערך קבוע. אם בתנודות גדולות מתרחשות, ליצור מחדש תצורה2O H על-ידי הפחתת את timestep על קו 92 input.equil קובץ, חוזר שלב 2.2.8 או מתחיל שוב שלב 2.1.1.

3. לחלץ את הגובה המתאים של supercell

  1. לבצע את התסריט get_npt_lz.py על קובץ ה-log.myadsorbate על-ידי הקלדת get_npt_lz.py log.myadsorbate -הממשק של שורת פקודה. קובץ script זה פלטי הגובה הממוצע supercell מחלק "הייצור" להפעיל הסימולציה NPT בקובץ avg_lz.txt.
    הערה: התסריט get_npt_lz.py מבוסס על ההנחה כי LAMMPS כותב אורך תא z-המימד (הנחיתה) לקובץ ה-log.myadsorbate כל fs 1000 (להתאמה אישית-קו 20 של התסריט get_npt_lz.py), שהיא האפשרות שבברירת המחדל בקובץ הקלט LAMMPS input.equil שסופקו. התסריט get_npt_lz.py מזהה ומבטלת את 2 הראשון ns (להתאמה אישית על קו 19 של התסריט get_npt_lz.py) בשווי של הנחיתה ערכים בקובץ log.myadsorbate, כמו שהם מהווים את החלק equilibration של הסימולציה, תוך 3 הנותרים ns מהווים " מנת ייצור"ובכך ומשמשים הסקריפט get_npt_lz.py לחשב את האורך הממוצע z-ממד. בנוסף הקובץ avg_lz.txt, התסריט get_npt_lz.py פלטי קובץ בשם npt_data.txt, אשר מספק ערכים של הנחיתה כפונקציה של timestep, וכן קובץ בשם npt_plot.png, אשר מתווה את אותם נתונים. העלילה יכול לשמש כדי לוודא equilibration של הסימולציה NPT.
  2. לשחזר את supercell באמצעות הגובה הממוצע נקבע NPT.
    1. העתק את הקובץ data.myadsorbate_npt לתוך ספריה חדשה, המכונה כאן כמו $WD2PATH, ושנה אותה data.myadsorbate.
    2. עריכת קובץ ה-data.myadsorbate החדש כך גובה הנחיתה הוא שווה ערך הממוצע הפלט מהתסריט get_npt_lz.py על-ידי שינוי הארגומנטים zlo ו- zhi בקובץ ה-data.myadsorbate כך zlo הוא 0.0 והוא zhi הערך הנחיתה מהקובץ avg_lz.txt מיוצר s tep 3.1.

4. ליצור תצורות של מולקולות2O H

  1. להעתיק את input.prod קובץ הקלט LAMMPS $WD2PATH. לערוך המשתנה קבוצה בקו 32 כדי לציין את האינדקסים סוג אטום החמצן במים, אטומי המימן של המים ואת המשתנה קבוצה על קו 33 כדי לציין סוג אטום האינדקסים עבור האטומים Pt ו- adsorbate.
  2. להפעיל את התוכנה LAMMPS על-ידי הקלדת mpiexec - np XX lmp_mpi < input.prod לתוך ממשק שורת פקודה, שבו XX הוא מספר ליבות CPU כדי להשתמש, lmp_mpi הוא שמו של קובץ ההפעלה LAMMPS. עושה את זה יפעל סימולציה ערכת תווים NVT קבוע שהמולקולות2O H. קובץ הפלט מפתח של סימולציה זה הוא הקובץ dump.myadsorbate.lammpstrj.
    הערה: משך הזמן של הסימולציה ערכת תווים NVT צריכה זמן מספיק כדי המרכיבים של equilibration לפעול, שבו האנרגיה של המערכת באה כדי לייצב את המדינה, הפקה לרוץ, שממנו ממוצעים ההרכב (כאן, את העמדות המרחבי של מולקולות מים)? לטעום. במהלך הריצה equilibration, האנרגיה של המערכת כאשר המותוות נגד הזמן צריך גובה לערך מצב יציב. לאחר שהדבר מתרחש, ניתן לומר את הסימולציה ערכת תווים NVT להיות בייצור שלה לרוץ.

5. לקבוע את אורך החיים של קשר מימן לדיגום זמן עצמי

  1. עריכת קובץ ה-script hb_lifetime_dist.py כדי לציין: timestep של המסגרת הראשונה של קובץ ה-dump.myadsorbate.lammpstrj על-ידי שינוי המשתנה actualStart בשורת 22, באיזו תדירות מסגרות נכתבות בקובץ מסלול ' LAMMPS ' על-ידי שינוי המשתנה timestep על קו 23, הראשונה והאחרונה timesteps ה-script כדאי לשקול (דהיינו, החלק הייצור של המסלול) על-ידי שינוי המשתנים N_first ו- N_last על קווים 24 ו- 25, אם מסגרות רצופים נחשבים או מסגרות מדלגים על-ידי שינוי של nevery משתנה בקו 26, ואת מספר השורות בכל מסגרת מקטע של קובץ מסלול על-ידי שינוי המשתנה frameLine על קו 27. בנוסף, עריכת שורות 31 באמצעות 35 כדי לציין סוגי אטום בתוך קובץ ה-data.myadsorbate שייכות adsorbate נחלתו אטום סוגי מולקולות2O H.
    הערה: התסריט hb_lifetime_dist.py מנתח את תצורות2O H בטווח ייצור או קובעת אם כל H2O מולקולות מימן מלטשים את adsorbate. אז ספירת הזמן סימולציה את מימן כל הקשר הזה נשאר שלם, מדווח על מידע זה כמו בהתפלגות של תקופות חיים קשר מימן ביחידות של ps. הגירסה הספציפית של קובץ ה-script המסופק עם פרוטוקול זה מבוסס על ההנחה כי LAMMPS כותב התצורה של מולקולות2O H לקובץ ה-dump.myadsorbate.lammpstrj fs כל 1000, שהיא האפשרות שבברירת המחדל בקובץ הקלט LAMMPS input.prod שסופקו. זה מזהה ומבטלת את 2 הראשון ns בשווי של תצורות dump.myadsorbate.lammpstrj הקובץ, כמו שהם מהווים את החלק equilibration של סימולציה, וכן שימושים 3 הנותרים ns לחישוב אורך חיים של קשר מימן.
  2. לבצע את התסריט hb_lifetime_dist.py על קובץ ה-dump.myadsorbate.lammpstrj על-ידי הקלדת hb_lifetime_dist.py -הממשק של שורת פקודה. עושה את זה, תיצור קובץ בשם distribution_HB_lifetime.dat.
  3. להתוות את הנתונים בקובץ distribution_HB_lifetime.dat כדי להציג את ההפצה של תקופות חיים קשר מימן שאירעו במהלך ההדמיה ערכת תווים NVT.
  4. לקבוע תוספת זמן לשימוש עבור מרווח הדגימה הזמן בהתבסס על משכי חיים קשר מימן מחושב. הבחירה הטובה ביותר היא אורך החיים המקסימלי קשר מימן; לחלופין, ניתן להשתמש ערך שלכדו את מרווח ביטחון של 95%.

6. דוגמה תצורות של מולקולות נוזלי של2O H

  1. לקבוע את מספר תצורות של ההפעלה ייצור של המסלול FFMD ערכת תווים NVT לחישובים נוספים. יש לבחור את מספר תצורות כך הזמן המינימלי בין תצורות היא שווה או גדול יותר מרווח הזמן דגימה מזוהה בסעיף 5.
    1. לערוך את ערך ברירת המחדל עבור המשתנה num_frames על קו 21 של התסריט lammps_frames.py כדי לציין את מספר תצורות כדי לחלץ.
    2. לבצע את התסריט lammps_frames.py על dump.myadsorbate.lammpstrj הקובץ על-ידי הקלדת lammps_frames.py -הממשק של שורת פקודה. עושה את זה יהיה הפלט רשימה של סימולציה פעמים התואם התצורות שבהן אמור להיות מופק את הקובץ dump.myadsorbate.lammpstrj. תצורות אלה יכולים לשמש החל מבני AIMD או QM סימולציות.
      הערה: 1) את התסריט lammps_frames.py אוטומטית מזהה את יומן LAMMPS, קבצי dump, כמו גם את החלק הייצור של המסלול בתוך קובץ ה-dump ומחלק את מספר תצורות בתוך קובץ ה-dump 10 קבוצות. לחלופין, המשתמש יכול לציין את קובץ יומן הרישום, קובץ ה-dump ולאחר מספר תצורות מתוך ממשק שורת הפקודה של שימוש -l, -d, ו- n אפשרויות, בהתאמה. כדי לעשות זאת, המשתמש צריך להקליד lammps_frames.py - n XX -l $logfilename -d $dumpfilename ממשק שורת פקודה, שבו XX הוא מספר תצורות הרצוי, $logfilename הוא שמו של יומן הרישום של LAMMPS, $dumpfilename הוא השם LAMMPS קובץ מסלול (קובץ dump). שהזמנים סימולציה פלט מתייחסים פעמים החציוני בכל קבוצה. 2) אם התצורות יחושבו באופן VASP עם הדגל LDIPOLE מופעלת, יש להוסיף שכבה קטנה של ואקום בחלל לראש supercell מעל שכבת מים. זה יקל ההתכנסות של מבנה אלקטרונית בחישוב VASP. הוספה של Å 3 נוספים של שטח ואקום מעל2H O מולקולות הצליחה הסימולציות בהמשך.

Representative Results

שימוש אחד של פרוטוקול זה הוא כדי לחשב את האנרגיות של האינטראקציה בין מים במצב נוזלי קטליטי מינים, קרי, ΔEint35:

ΔEint=Eמינים קטליטי + H2O+EEהשטח זרז נקי-מינים קטליטיE-זרז נקי משטח + H2O

איפה Eמינים קטליטי + H2Oהיא האנרגיה של תצורה של מולקולות2O H סביב זן קטליטי על משטח מתכת, Eהשטח זרז נקי היא האנרגיה של פני השטח זרז נקי בואקום, E מינים קטליטי היא האנרגיה של המין קטליטי על משטח מתכת בואקום, ו Eנקי זרז משטח + H2O היא האנרגיה של התצורה של H2O מעל פני השטח זרז עם המין קטליטי הוסר. העמדות של מולקולות2O H המשמש לחישוב Eמינים קטליטי + H2O ו- Eנקי זרז משטח + H2O צריכים להיות זהים. כל הערכים של E מחושבים באמצעות הקוד VASP. Δ כמותEint כוללת את כל של אינטראקציות פיזיקליות, כימיות בין כל המולקולות של המבנה מים במצב נוזלי המין קטליטי ונותנת הערכה סבירה של ה אנתלפיה של יוצרות של קטליטי מינים, אשר יש צורך לחשב את האנרגיה החופשית של אנרגיה חופשית יוצרות וסיכום. טבלה 1 מספק ערכים עבור ΔEint מחושב עבור המין האנושי על זרז Pt(111) על פני השטח עם נוסחאות כימיות שווה ל C-xH-yO-z ביחידות של eV (eV 1 = 96.485 kJ/mol). הערכים חושבו על הכיסויים ≤1/9 מ ל.35,46 הערכים שדווחו הן הממוצעים השתלט על תצורות 10 של נוזלי H2O, אי הוודאויות מדווחים כמו סטיות תקן. כל הערכים הם שליליים, המציינת אינטראקציה חיובית עם מים.

יישום נוסף של פרוטוקול זה הוא ליצור מבנים ההתחלה עבור AIMD. סרט 1 הוא סרט של מסלול AIMD שבנייתו החלה תצורה שנוצר על ידי פרוטוקול זה. בתחילת הסרט הזה, adsorbate COH מוצג על משטח Pt(111) תחת מבנה של נוזלי H2O. H אחד2O מולקולה מודגשת, אשר יצרו קשר מימן עם COH. במהלך הסרט, מולקולה זו2O H תקצירים הפרוטון מן adsorbate COH ומפקידה אטום מימן השניה על פני השטח Pt(111). מולקולת2O H ובכך מסייע כדי לעודד את התגובה COH * + * ← CO * + H *, איפה * s לציין אתרים קטליטי. סימולציה זה מדגיש את הכוח הראשי, המטרה העיקרית של השיטה הדגימה multiscale כפי שיתואר בהמשך. תצורות רבים של מולקולות2O H נוצרים עם FFMD, בשל עוצמתה ב חישובית ללקוחות שלנו. אולם, מגבלה של FFMD היא כי זה לא יכול ללכוד בונד שבירת ויוצרים אלא אם שדה כוח תגובתי מיושם. AIMD משתמשת מכניקת הקוונטים לחישוב אנרגיות, ובכך יכול ללכוד בונד שבירת ויוצרים. עם זאת, AIMD גם שהמפתחות דורש לייצר כל התצורות של מולקולות2O H הדרושים כדי להבטיח דגימה מספיק הושגה. לפיכך, פרוטוקול זה משלב את שתי השיטות.

המבנים של נוזלי H2O המולקולות שנוצרו על-ידי הליך זה תלויות בהגדרות קלט. קביעת הגדרות אלה באופן לא תקין יכול לקבל השפעות לא מכוונות על מבנים מים. לדוגמה, כאשר המרחקים הבין-מולקולרי להיות קטן מדי או פרמטרים אחרים בקבצי קלט של דינמיקה מולקולרית מוגדרים באופן לא תקין או לקחת על ערכים unphysical, המבנה המים יכול להיות לא הגיוני. בנסיבות אלה, המבנה של מים יהיה "לפוצץ" unintendedly במהלך המסלול FFMD. איור 1 מציג דוגמה לכך. התמונה בצד שמאל היא המבנה מתחיל לרוץ FFMD, התמונה בצד ימין תמונת נלקח בתוך 1 ps של הפעלת הסימולציה. כפי שניתן לראות, H2O המולקולות עברו הרחק מהמשטח. זו נגרמת על ידי ההגדרות לא תקין בקבצי קלט סימולציה והיא לא מבנה שעשוי להתרחש במציאות.

Figure 1
איור 1: דוגמה תוצאה שלילית. ההדמיה דינמיקה מולקולרית שדה הכוח "מתפוצץ" עקב הגדרת unphysical או ערך. יד שמאל תמונה: הגיאומטריה ההתחלתי של פני השטח Pt(111), adsorbate, ושל מבנה מים במצב נוזלי. בתמונה הימנית: הצורה הגיאומטרית של פני השטח Pt(111), adsorbate, מים נוזליים מבנה פחות מ- 1 ps מאוחר יותר. בתמונה הימנית, הפרידו המולקולות2O H מפני השטח בשל כוחות גדולים unphysically. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Movie 1
סרט 1: Ab initio דינמיקה מולקולרית (AIMD) סימולציה יזומות של תצורה שנוצר הדגימה multiscale. מולקולה2O H הוא במקור מימן מודבקת על adsorbate COH על משטח Pt(111) תקצירים הפרוטון מן COH ומפקידה של מימן השניה על פני השטח Pt(111). את הקשר הזה שובר ויוצרים אירוע ניתן ללכוד מאת AIMD אבל לא עם שדה הכוח דינמיקה מולקולרית (FFMD) אלא אם כן משמש שדה כוח תגובתי. קביעת התצורה הראשונית של H2O מולקולות בשימוש סימולציה AIMD זה נוצר באמצעות FFMD כמתואר בכתב היד. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. (לחיצה ימנית כדי להוריד.)

מינים קטליטי ∆Eint (eV)
COH -0.70 ± 0.07
CO -0.03 ± 0.03
CH2הו -0.64 ± 0.12
צ'ו-CHOH-CH2הו -0.93 ± 0.22
COH-COH-CH2הו -0.87 ± 0.23
COH-CHOH-COH -1.72 ± 0.26
CHOH-COH-CO -1.57 ± 0.25
צ'ו-CO-CO -0.31 ± 0.19

טבלה 1: התוצאות אנרגיה אינטראקציה מינים מים-קטליטי. אינטראקציה עם אנרגיות eV מחושב עבור C 8xHyOz adsorbates על Pt(111). ערכים דיווחו הממוצעים נלקחים על תצורות מרובות של נוזל H2O. אי הוודאויות הן סטיות תקן של הממוצעים. eV 1 = 96.485 kJ/mol.

Discussion

השיטה כפי שהוצג נבחר בגלל הקלות ליישום, אך התאמות מרובות עשוי להיות. למשל, ניתן לשנות שדות הכוח בשימוש הסימולציות FFMD. לשנות את שדה הכוח פרמטרים ו/או פוטנציאל יכול להיעשות על-ידי עריכת קלט LAMMPS את קבצי הנתונים. באופן דומה, ממיסים חוץ H2O יכול להיות מועסק. כדי לבצע שינוי זה, מולקולת הממס הרצוי היה צריך להיות מוכנס החל שלב 2.1.1, ואת הקבצים קלט LAMMPS היה צריך לערוך כדי לשלב את פוטנציאל מתאים והפרמטרים. הוספת מולקולת הממס חדש גם דורש ויישם את הקואורדינטות פנימי של המולקולה הממס מקביל הקובץ water.txt. txt בקובץ.

שינוי אחר אשר עשוי להיות היא לשנות את האזור של לוח משטח. התוצאות שנדונו בכתב יד זה מועסקים לוחות משטח 3 נק' x 3 נק' או 4 נק' x 4 נק', אשר פני שטחים Å פחות מ 1202. לוח שטח גודלת, גם חשבון חישובית מגביר. הוצאות חישובית יש את ההשפעה הגדולה ביותר על סעיף 5 של פרוטוקול זה. אם השלבים עיבוד נתונים בסעיף 5 הופכים שהמפתחות אוסרני, נתונים גדול פירסום עיבוד אסטרטגיות כגון אלו נדונו Li ואח 201845 יכול להיות מועסק.

מקורות אפשריים של חוסר ודאות עבור הליך זה כוללות את שדה הכוח המועסקים, שיטת הדגימה בתדירות הדגימה. המבנה המים נקבעת לפי שדה הכוח בו נעשה שימוש, כלומר כי הבחירה של שדה הכוח יכול להשפיע על התצורות מסוים של מולקולות2O H. הקבוצה שלנו העריך איך הבחירות של שדה כוח עבור H2O מולקולות ואטומים Pt להשפיע על האנרגיות האינטראקציה מחושב באופן FFMD ומצא כי הבחירה של שדה הכוח תורמת פחות מ 0.1 eV על אנרגיה אינטראקציה זו. מקור נוסף של אי ודאות הוא שיטת הדגימה, מה שמשפיע על תצורות ייחודיות המשמשים לחישוב כמות של ריבית. הקבוצה שלנו יש להשוות את הביצועים של שיטת "זמן הדגימה" הוצג פרוטוקול זה עם שיטת "אנרגיה הדגימה", אשר מגמתיות תצורות אנרגיה נמוכה יותר של מולקולות2O H, האינטראקציה אנרגיות מחושבת באופן DFT, מצאו את שניהם אלה שיטות דגימה סטטיסטית שווה לתת ערכי35,46. תדירות הדגימות יכול גם להשפיע על התוצאות. יש להעריך כיצד להגדיל את מספר תצורות מ-10 ל-30,000 משפיע על האנרגיות אינטראקציה הממוצע מחושב באופן FFMD עבור 40 שונים C3HxO3 adsorbates ואנו נמצא כי תדירות הדגימות תורמת פחות מאשר. eV 0.1 על אנרגיה אינטראקציה ממוצע44.

המגבלה העיקרית בשיטה זו היא כי adsorbates הם לקרב את ערכיהן מאת המבנים תחת ואקום במהלך הסימולציות FFMD. במציאות, adsorbates התערוכה שינויים הסתגלותי (בונד מותח, זווית עיקולים, תנועות הכיווניות, וכו ') עקב תנועות תרמי נורמלי, כולל אינטראקציות עם מולקולות הממס. ניסיונות כוללים שינויים הסתגלותי של adsorbates לתוך הסימולציות FFMD ידרוש פיתוח מפורט של שדות כוח עבור adsorbates משטח קטליטי, קרי, אשר מהווים תנאי המתארים בונד מותח, זווית עיקולים, ותנאים הכיווניות, בין השאר. כמו כיוון עתידי של פרוטוקול זה, אנו מפתחים כזו שדה כוח עבור adsorbates-משטחים מוצקים, שבהם נשתמש לקבוע את גודל לשימוש אשר adsorbates נוקשה משפיע על התוצאות.

Disclosures

המחברים לחשוף שאין ניגודי אינטרסים.

Acknowledgments

מחקר זה מומן על ידי הקרן הלאומית למדע דרך פרס מספר CBET-1438325. מלגת תמיכה CJB דרך נאס א הדרכה גרנט NX14AN43H הוא הודה בהכרת תודה. סימולציות בוצעו על האשכול מחשב על הדקלים, אשר נשמר על ידי קבוצת הטכנולוגיה Cyberinfrastructure ב אוניברסיטת קלמסון. אנו מודים ד ר פול ג' Meza-מוראלס לבדיקת הפרוטוקול.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
VASP software Computational Materials Physics, Dept. of Physics, University of Vienna vasp.5.4.4 Standard parallel VASP executable in the newest version.
LAMMPS software Sandia National Laboratory 31Mar17-dp Double-precision, parallel LAMMPS executable from 31 March 2017.
VMD software Theoretical and Computational Biophysics Group, University of Illinois at Urbana-Champaign 1.9.3 Standard VMD executable in the newest version.
MCPliQ software Getman Research Group, Dept. of Chemical and Biomolecular Engineering, Clemson University Executable and input files for the MCPliQ software availabe from the Getman Research Group GitHub page.
JoVE article scripts Getman Research Group, Dept. of Chemical and Biomolecular Engineering, Clemson University Python scripts for this JoVE manuscript available from the Getman Research Group GitHub page.
H2O PDB file Getman Research Group, Dept. of Chemical and Biomolecular Engineering, Clemson University or RCSB Protein Data Bank PDB file for a water molecule, available from the Getman Research Group GitHub page or at http://www.rcsb.org/ligand/HOH.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Liu, J. L., Cao, X. M., Hu, P. Density functional theory study on the activation of molecular oxygen on a stepped gold surface in an aqueous environment: A new approach for simulating reactions in solution. Physical Chemistry Chemical Physics. 16 (9), 4176-4185 (2014).
  2. Okamoto, Y., Sugino, O., Mochizuki, Y., Ikeshoji, T., Morikawa, Y. Comparative study of dehydrogenation at Pt(111)/water and Pt(111)/vacuum of methanol interfaces. Chemical Physics Letters. 377 (1-2), 236-242 (2003).
  3. Santana, J. A., Cabrera, C. R., Ishikawa, Y. A density-functional theory study of electrochemical adsorption of sulfuric acid anions on Pt(111). Physical Chemistry Chemical Physics. 12 (32), 9526-9534 (2010).
  4. Artrith, N., Kolpak, A. M. Understanding the composition and activity of electrocatalytic nanoalloys in aqueous solvents: A combination of DFT and accurate neural network potentials. Nano Letters. 14 (5), 2670-2676 (2014).
  5. Jinnouchi, R., Kodama, K., Morimoto, Y. DFT calculations on H, OH and O adsorbate formations on Pt(111) and Pt(332) electrodes. Journal of Electroanalytical Chemistry. 716, 31-44 (2014).
  6. Yoon, Y., Rousseau, R., Weber, R. S., Mei, D. H., Lercher, J. A. First-principles study of phenol hydrogenation on Pt and Ni catalysts in aqueous phase. Journal of the American Chemical Society. 136 (29), 10287-10298 (2014).
  7. Desai, S. K., Pallassana, V., Neurock, M. A periodic density functional theory analysis of the effect of water molecules on deprotonation of acetic acid over Pd(III). Journal of Physical Chemistry B. 105 (38), 9171-9182 (2001).
  8. Huang, Z. Q., Long, B., Chang, C. R. A theoretical study on the catalytic role of water in methanol steam reforming on PdZn(111). Catalysis Science & Technology. 5 (5), 2935-2944 (2015).
  9. Chang, C. R., Huang, Z. Q., Li, J. Hydrogenation of molecular oxygen to hydroperoxyl: An alternative pathway for O2 activation on nanogold catalysts. Nano Research. 8 (11), 3737-3748 (2015).
  10. Faheem, M., Heyden, A. hybrid quantum mechanics/molecular mechanics solvation scheme for computing free energies of reactions at metal-water interfaces. Journal of Chemical Theory and Computation. 10 (8), 3354-3368 (2014).
  11. Behtash, S., et al. Solvation effects in the hydrodeoxygenation of propanoic acid over a model Pd(211) catalyst. Journal of Physical Chemistry C. 120 (5), 2724-2736 (2016).
  12. Behtash, S., Lu, J. M., Walker, E., Mamun, O., Heyden, A. Solvent effects in the liquid phase hydrodeoxygenation of methyl propionate over a Pd(111) catalyst model. Journal of Catalysis. 333, 171-183 (2016).
  13. Norskov, J. K., et al. Origin of the overpotential for oxygen reduction at a fuel-cell cathode. Journal of Physical Chemistry B. 108 (46), 17886-17892 (2004).
  14. Skachkov, D., Rao, C. V., Ishikawa, Y. Combined first-principles molecular dynamics/density functional theory study of ammonia electrooxidation on Pt(100) electrode. Journal of Physical Chemistry C. 117 (48), 25451-25466 (2013).
  15. Hibbitts, D. D., Loveless, B. T., Neurock, M., Iglesia, E. Mechanistic role of water on the rate and selectivity of Fischer-Tropsch synthesis on ruthenium catalysts. Angewandte Chemie International Edition. 52 (47), 12273-12278 (2013).
  16. Abdelrahman, O. A., Heyden, A., Bond, J. Q. Analysis of kinetics and reaction pathways in the aqueous-phase hydrogenation of levulinic acid to form γ-valerolactone over Ru/C. ACS Catalysis. 4 (4), 1171-1181 (2014).
  17. Wang, H. F., Liu, Z. P. Formic acid xxidation at Pt/H2O interface from periodic DFT calculations integratd with a continuum solvation model. Journal of Physical Chemistry C. 113, 17502-17508 (2009).
  18. Behtash, S., Lu, J., Faheem, M., Heyden, A. Solvent effects on the hydrodeoxygenation of propanoic acid over Pd(111) model surfaces. Green Chemistry. 16, 605-616 (2014).
  19. Montemore, M. M., Andreussi, O., Medlin, J. W. Hydrocarbon adsorption in an aqueous environment: A computational study of alkyls on Cu(111). The Journal of Chemical Physics. 145, 074702 (2016).
  20. Hartnig, C., Grimminger, J., Spohr, E. Adsorption of formic acid on Pt(111) in the presence of water. Journal of Electroanalytical Chemistry. 607, 133-139 (2007).
  21. Hartnig, C., Grimminger, J., Spohr, E. The role of water in the initial steps of methanol xxidation on Pt (211). Electrochimica Acta. 52 (6), 2236-2243 (2007).
  22. Hartnig, C., Spohr, E. The role of water in the initial steps of methanol xxidation on Pt (111). Chemical Physics. 319, 185-191 (2005).
  23. Michel, C., et al. Role of water in metal catalyst performance for ketone hydrogenation: A joint experimental and theoretical study on levulinic acid conversion into gamma-valerolactone. Chemical Communications. 50 (83), 12450-12453 (2014).
  24. Zope, B. N., Hibbitts, D. D., Neurock, M., Davis, R. J. Reactivity of the gold/water interface during selective oxidation catalysis. Science. 330 (6000), 74-78 (2010).
  25. Pavlova, A., Meijer, E. J. Understanding the role of water in aqueous ruthenium-catalyzed transfer hydrogenation of ketones. ChemPhysChem. 13 (15), 3492-3496 (2012).
  26. Saavedra, J., Doan, H. A., Pursell, C. J., Grabow, L. C., Chandler, B. D. The critical role of water at the gold-titania interface in catalytic CO oxidation. Science. 345 (6204), 1599-1602 (2014).
  27. Desai, S., Neurock, M. A first principles analysis of CO oxidation over Pt and Pt66.7%Ru33.3%(111) surfaces. Electrochimica Acta. 48 (25-26), 3759-3773 (2003).
  28. Gohda, Y., Schnur, S., Gross, A. Influence of water on elementary reaction steps in electrocatalysis. Faraday Discussions. 140, 233-244 (2008).
  29. Nie, X. W., Luo, W. J., Janik, M. J., Asthagiri, A. Reaction mechanisms of CO2 electrochemical reduction on Cu(111) determined with density functional theory. Journal of Catalysis. 312, 108-122 (2014).
  30. Michel, C., Auneau, F., Delbecq, F., Sautet, P. C-H versus O-H bond dissociation for alcohols on a Rh(111) surface: A strong assistance from hydrogen bonded neighbors. ACS Catalysis. 1 (10), 1430-1440 (2011).
  31. Neurock, M., Wasileski, S. A., Mei, D. From first principles to catalytic performance: tracking molecular transformations. Chemical Engineering Science. 59 (22-23), 4703-4714 (2004).
  32. Camellone, M. F., Marx, D. On the impact of solvation on a Au/TiO2 nanocatalyst in contact with water. Journal of Physical Chemistry Letters. 4 (3), 514-518 (2013).
  33. Santana, J. A., Mateo, J. J., Ishikawa, Y. Electrochemical hydrogen oxidation on Pt(110): A combined direct molecular dynamics/density functional theory study. Journal of Physical Chemistry C. 114 (11), 4995-5002 (2010).
  34. Santana, J. A., Saavedra-Arias, J. J., Ishikawa, Y. Electrochemical hydrogen xxidation on Pt(100): A combined direct molecular dynamics/density functional theory study. Electrocatalysis-US. 6 (6), 534-543 (2015).
  35. Bodenschatz, C. J., Sarupria, S., Getman, R. B. Molecular-level details about liquid H2O interactions with CO and sugar alcohol adsorbates on Pt(111) calculated using density functional theory and molecular dynamics. Journal of Physical Chemistry C. 119 (24), 13642-13651 (2015).
  36. Plimpton, S. Fast parallel algorithms for short-range molecular dynamics. Journal of Computational Physics. 117, 1-19 (1995).
  37. MacKerell, A. D. Jr, et al. All-atom empirical potential for molecular modeling and dynamics studies of proteins. Journal of Physical Chemistry B. 102, 3586-3616 (1998).
  38. Rappe, A. K., Casewit, C. J., Colwell, K. S., Goddard, W. A. III, Skiff, W. M. UFF, A full periodic table force field for molecular mechanics and molecular dynamics simulations. Journal of the American Chemical Society. 114, 10024-10035 (1992).
  39. Kahn, K., Bruice, T. C. Parameterization of OPLS-AA force field for the conformational analysis of macrocyclic polyketides. Journal of Computational Chemistry. 23, 977-996 (2002).
  40. Kresse, G., Furthmuller, J. Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set. Computational Materials Science. 6, 15-50 (1996).
  41. Kresse, G., Furthmuller, J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set. Physical Review B. 54, 11169-11186 (1996).
  42. Kresse, G., Hafner, J. Ab initio molecular dynamics for liquid metals. Physical Review B. 47, 558-561 (1993).
  43. Humphrey, W., Dalke, A., Schulten, K. VMD - visual molecular dynamics. Journal of Molecular Graphics and Modelling. 14, 33-38 (1996).
  44. Xie, T., Sarupria, S., Getman, R. B. A DFT and MD study of aqueous phase dehydrogenation of glycerol on Pt(111): Comparing chemical accuracy versus computational expense in different methods for calculating aqueous phase system energies. Molecular Simulation. 43, 370-378 (2017).
  45. Li, Y., Zhang, X., Srinath, A., Getman, R. B., Ngo, L. B. Combining HPC and big data infrastructures in large-scale post-processing of simulation data: A case3 study in PEARC ’18. Proceedings of the Practice and Experience on Advanced Research Computing. , Article No. 41 (2018).
  46. Bodenschatz, C. J., Sarupria, S., Getman, R. B. Correction to "Molecular-level details about liquid H2O interactions with CO and sugar alcohol adsorbates on Pt(111) calculated using density functional theory and molecular dynamics. Journal of Physical Chemistry C. 120, 801 (2016).

Tags

כימיה גיליון 146 תיאורית פונקציונל הצפיפות דינמיקה מולקולרית פאזה מימית ממשק מים/מלא זרז הטרוגנית מתכות מעבר משטח המבצעות דגימה שדה כוח דינמיקה מולקולרית ab initio מכניקת הקוונטים / מכניקה מולקולרית
הדגימה multiscale של מים/מטאל הטרוגנית זרז ממשק באמצעות תיאורית פונקציונל הצפיפות ודינמיקה מולקולרית שדה כוח
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bodenschatz, C. J., Zhang, X., Xie,… More

Bodenschatz, C. J., Zhang, X., Xie, T., Arvay, J., Sarupria, S., Getman, R. B. Multiscale Sampling of a Heterogeneous Water/Metal Catalyst Interface using Density Functional Theory and Force-Field Molecular Dynamics. J. Vis. Exp. (146), e59284, doi:10.3791/59284 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter