本文主要为了记录在学习Vasp计算过程中如何设置INCAR中的一些参数,并不着重讲解其含义,详见可自行到vasp官网查阅。
其次关于建模部分也不做细致讨论,一般结构可从Materials Studio里自带的晶体数据库导出,或从三大数据库网站上下载:
1、Materaials Project网址:(强烈推荐,邮箱注册即可使用)
2、CCDC网址:
3、ISCD:
一、表面吸附计算
这里以W(100)表面吸附CO分子为例,暂不做收敛性测试,主要为了记录一些参数的设定,计算流程如下:
1.对W晶胞进行结构优化
INCAR设置:
#### initial I/O ####
SYSTEM = W
ISTART = 0
ICHARG = 2
LWAVE = .FALSE. #优化晶胞时,不开波函数,节省计算时间
LCHARG = .FALSE. #优化晶胞时,不开电荷密度,节省计算时间
#### Ele Relax 电子步####
ENCUT = 225 #截断动能根据相关文献或赝势确定,也可自己做收敛性测试
ISMEAR = 1 #金属体系
SIGMA = 0.2 #POTCAR值确定
EDIFF = 0.1E-4
NELM = 60
LREAL = .F.
PREC = Normal
#### Geo opt 离子步####
EDIFFG = -0.05
IBRION = 2
POTIM = 0.2
NSW = 100
ISIF = 3 #需要优化W的离子位置、晶胞常数和体积
POSCAR设置(固定原子优化):
W bulk
1.0
3.16520000 0.00000000 0.00000000
0.00000000 3.16520000 0.00000000
0.00000000 0.00000000 3.16520000
W
2
Selective dynamics #固定原子位置优化时添加
Direct
0.000000000 0.000000000 0.000000000 F F F #F代表固定该原子位置
0.500000000 0.500000000 0.500000000 F F F #T代表放开优化该原子
2.W晶胞切W(100)面并优化
INCAR设置:
#### initial I/O ####
SYSTEM = W
ISTART = 0
ICHARG = 2
LWAVE = .FALSE.
LCHARG = .FALSE.
#### Ele Relax ####
ENCUT = 225
ISMEAR = 1
SIGMA = 0.2
EDIFF = 0.1E-4
NELM = 60
LREAL = .F.
PREC = Normal
ALGO = Fast
#### Geo opt ####
EDIFFG = -0.05
IBRION = 2
POTIM = 0.2
NSW = 100
ISIF = 2 #优化表面
3.优化CO分子
将CO分子放置在bulk中,晶格常数:a=b=c=10;α=β=γ=90
INCAR设置:
#### initial I/O ####
SYSTEM = CO
ISTART = 0
ICHARG = 2
LWAVE = .F.
LCHARG = .F.
#### Ele Relax ####
ENCUT = 400
ISMEAR = 0
SIGMA = 0.2
EDIFF = 0.1E-4
NELM = 60
LREAL = .F.
ALGO = Normal
#### Geo opt ####
EDIFFG = -0.02
IBRION = 2
POTIM = 0.2
NSW = 100
ISIF = 2
4.W(100)表面上吸附CO分子并优化
CO分子放置在W(100)表面上的bridge位置上,C-W键长1.90A,C-O键长1.144A。
INCAR设置同上,只需修改POTCAR和K点即可。
5.CO吸附能计算
从OUTCAR文件中可以得到W(100)-CO的Total energy为:
CO的能量为:
W(100)表面的能量为:
计算吸附能公式如下:
得到CO分子的吸附能
6.如何计算单原子催化剂的结合能
结合能公式如下:
其中,是负载了单原子的整体催化剂能量:
是没有负载单原子时,载体的能量:
是每个单原子的能量,是用无限大的块体金属中平均每个金属的能量:
: 为什么单原子催化剂的结合能往往算出来是正值?(正值代表吸热)
答:因为我们用上述方法算出的结合能是和Bulk能量比较,所以一般算出来是正值,除了负载在石墨烯上的单原子具有较强的稳定性其结合能为负值;如果是和孤立的单原子比较的话其结合能就是负值了。
:为啥不用下面的模型计算单原子的能量,也就是真空原子的能量。有以下两点原因(1、化学意义;2、算不准)
答:
(1)化学意义。为了解释这个问题,我们还要从化学本质上去考虑。单原子催化剂最终会失活发生聚集,聚集产物就是大的金属颗粒,那么为了探讨单原子催化剂的稳定性,肯定要和大块金属去比,而不是和真空中的单原子去比。
(2)算不准,对于Cu原子还好,但是对于Fe,Co,Ni这些孤立原子,不同的初始磁矩设置会得到非常不一样的结果(差1eV以上)。这样怎么让别人去重复这些结果呢?怎么保证我们计算是有意义的?如果是块体金属,Fe,Co,Ni也有实验的磁矩作为参考,最后大家算出来的结果都是可靠、可重复的。DFT是更擅长横向比较的。
7.双原子催化剂的稳定性计算
公式同单原子基本一样:
8.n个原子的团簇的稳定性计算
这时候有两种方案都可以了,因为随着原子数增多,这个时候DFTR计算对于团簇会给出一个比较可靠的能量值了(可重复)
以上内容均为学习中的一些总结,如有错误,还请批评指教。