Learn VASP The Hard Way (Ex-60)吸附能的计算(五)

2018-03-24


Ex 60 不同吸附位点模型的搭建




前面我们发现将p(1x1)-Cu(111)的表面扩展成p(2x2)后,由于O的覆盖度降低了,O原子的吸附能能+1.2 eV降低到 0.2 eV作用,说明O原子更加容易吸附在表面上了。当你仔细观察p(2x2)的表面,你会发现,表面上不仅仅有Cu原子的上方可以放O原子,还有其他的位点。如下图:




如果我们想分析下不同位点对吸附能的影响,首先我们需要搭建模型,然后重复O原子的吸附优化步骤。本节主要简单介绍一下如何快速搭建不同的吸附位点模型。


1 观察不同位点的结构特征:

在面心立方金属的(111)表面上有4种不同的位点:


1)Top位,前面已经花了很多时间介绍了,本节就不再啰嗦

2)Bridge位:从名字大家就可以推断这个位点的吸附为两个top原子的中间。

3)Fcc位和hcp位:这两个吸附位点都是在三个原子的中心,为hollow位。


那么这两个位点怎么区分呢? 

Hollow位正下方有原子(图中黄色的),如果原子在第二层(图中红色的)为hcp位,在第三层的话,则这个hollow为fcc位。

由于fcc位正下方的原子第三层,离表面最远(far),大家把英文单词的far 和 fcc位的第一个字母关联起来即可。远的那个就是fcc,近的是hcp。




2 怎么搭建bridge和fcc,以及hcp位的吸附模型?

1)Bridge位: 这个位点在两个原子的中心。设两个原子的坐标分别为(x1,y1, z1)和(x2, y2, z2),它们中心得坐标为: (x1+x2)/ 2, (y1+y2)/ 2, (z1+z2)/ 2。在这里,z1和z2 是相等的。所以我们可以通过两个原子的坐标,计算一下中心的坐标,然后按照之前O原子搭建的步骤,添加O原子的Bridge位的坐标即可。

2)Fcc位和hcp位的话,就更容易了,前面我们知道它们正下方分别为第三层和第二层的原子。那么我们在这两层随便取个原子,x和y 方向的坐标就确定了。

3)关于z方向的坐标,大家可以想象一下,如果O原子从top位移到Bridge,fcc和hcp,由于和O成键的原子多了,也就是O和表面结合地更强了,那么它在z方向的坐标肯定比在top位上要小。所以在这三个构型的z坐标,我们可以在top位O的基础上稍微调小一点。那么小多少呢? 一般来说0.1-0.2Å就可以了。




3 使用p4vasp搭结构

前面介绍的方法是直接修改POSCAR来搭建模型,对于O原子的吸附这种简单的模型,大家都还可以胜任,但如果体系复杂了,比如一个苯环,乙醇分子等等,这样我们的计算坐标的工作量就有点大了。此时,p4vasp的优势就开始慢慢显示出来了。




3.1 从top到bri 

1) 首先,我们要有一个O原子在top位上的吸附结构

2) 然后选择top位的原子和相邻的那个原子,(p4vasp选中的结构看起来不是很清楚,见黄圈标出来的那两个)



3) 选则 Edit –> Move Atoms 后会弹出这样的界面:



按照图中的1 2 3依次点击, 你便会获得一个Vector。也就是从5到7号原子的一个向量。

但我们如果按照这个向量平移O原子的话,只会把它从5号原子移动到7号原子上,而不是Bridge的位点。

前面我们说了,Bridge的坐标就是这两个原子连线的中心。所以,我们把Vector减小一般就可以了。



修改完Vector之后,我们便可以移动O原子了,这里注意,要把前面选中的5 和 7 号原子换成 O,要不然你移动的是 5 7 号原子而不是O。最后点move,效果如下:



这样我们便获得了Bridge的吸附结构。

前面提到,我们在搭建Bridge结构的时候,O原子的坐标可以比Top位的稍微低一些,这个操作怎么实现呢?

1) 首先选中氧原子,

2) 在Vector那一行修改移动的位置即可。如下图:



点击move ,保存POSCAR即可。




3.2 从Bridge 到 Hcp:


1) 选中O原子和HCP位下面的Cu原子,并获取Vector


2) 修改Vector在z方向的大小。



点击 Move,效果如下:



保存成HCP对应的POSCAR即可。




3.3 从HCP到FCC

1)选中O原子和FCC的一个原子,获取Vector



2)修改Vector在z方向的大小,由于fcc和hcp的吸附很接近,直接平移即可,也就是z方向大小为0



点击move,最终的fcc结构,如下图:



保存POSCAR。




注意:


保存结构的时候,可以自己建对应的文件夹,在文件夹里面将结构保存成POSCAR,

也可以保存成类似POSCAR-fcc, POSCAR-hcp, POSCAR-top这一种的名字,计算的时候,将它们重新命名为POSCAR就行了。




总结:

本节,大师兄主要给大家介绍了如何在表面上,使用p4vasp平移原子来搭建不同的吸附位点模型。使用p4vasp搭结构非常方便简单,也会加深你对模型结构的理解,另一方面,使用这一种操作的话准确性更高,搭建出来的模型比自己手动放原子要合理很多。所以强烈推荐大家使用p4vasp。



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