Learn VASP The Hard Way (Ex-66)吸附能的计算(十一)

2018-04-30


Ex66 H2O在Cu(111)表面上的吸附模型

令人蛋疼的多种可能性


结合上一节的内容,下面主要讲解一下H2O分子在Cu(111)表面吸附的初始模型搭建。


1 计算H2O气相分子的能量


相信大家已经轻车熟路了(老司机)。只INCAR,KPOINTS,POSCAR列出来,不再详细解释。如下图:



提交任务,结束后,将CONTCAR中的Direct坐标转换为Cartesian,方便后面的表面模型搭建。

怎么转换前面也讲过了,这里也不再啰嗦。




注意:很多人问H2O的分子计算用不用打开自旋的问题?


我的回答是:


1)如果你的体系是开壳层的,那么就打开自旋。

2)如果你的体系是闭壳层的,那么就闭嘴。

3)如果你不知道自己的体系是开壳层的还是闭壳层的,那么就:

i) 自己去测试一把,然后对比下,打开与不打开的区别; 

ii)查找文献,看别人怎么做的。




2 搭建H2O的吸附模型


1) 打开p(3x3)-Cu(111)的slab结构


先点击左侧的Build,然后点击右上方的text 按钮,进入编辑的部分。如下面的示意图:



注意:上面的只是p4vasp的一个界面,不是p(3x3)-Cu(111)的slab结构




2)  在元素行,添加O和H,下面一行,添加对应的原子数。





3) 在坐标的最后面,将前面CONTCAR的Cartesian坐标直接复制过来即可。



4) 你会得到下面的结果:



师兄,水分子跑到slab里面去了,这可怎么办? 答:往上平移下即可。


选择O H 以及表面上的任意一个Cu原子。回顾前面的平移操作:

From 那行点 1st 代表的是O原子

To 那行点 last 代表的是表面的4号Cu原子

得到的vector 就是从O到Cu的平移矢量。


注意:

Vector的第三个数字,这个是O和Cu在垂直方向上的距离。我们知道,H2O在Cu上吸附的时候,Cu—O有一定的距离,不妨先给个初始值2A。所以,我们需要把 1.246改成3.246。




小窍门:在下面红色圈出来的部分,可以通过一些快捷的操作来实现原子的选择。


i) 在p4vasp 里面可以直接通过写元素符号,选择该元素所有的原子。

ii) -10 代表从第一个到第10个原子

iii) all 代表所有的原子

iv) 10- 代表从10到最后的原子

v) 10-25 代表从10到25号原子

vi) 剩下的,自己瞎捉摸去吧,我也不知道了。




上面移动的效果如下:





5) 刚开始选择的4号原子在两个格子之间的界面上,本人喜欢将分子放到表面的中间。操作如上图:


i) 选择表面上的2个原子: 4 和 5 来定义平移的一个vector

ii) 平移一下O和H原子,效果如下:



当然,在开始的时候,你也可以将H2O分子直接移动到5号原子的表面,大师兄这里做了一些无用的分解操作,主要是为了加深大家的操作印象。




3 考虑不同的可能性


到目前为止,我们已经顺利搭建了一个H2O分子的吸附模型。把它保存到type_1目录下,名字为POSCAR。


师兄,为什么要建一个type_1的目录?


因为除了这个结构,H2O分子在表面上还有很多其他的可能性。为了保证我们可以获得最稳定的吸附结构,我们就需要将这些可能的结构都算一遍。那么还有其他什么样的可能性呢?


1) 一个H原子指向天空,另外的O—H 键平行于表面。这个结构怎么实现? 回想上一节我们讲到的绕着O—H键旋转的操作。看下图,不解释。



2) 2个H原子都指向天空,只留一个O原子在表面。(剪刀手



操作思路: 定义一个穿过O原子的y 轴,然后旋转氢原子。




将这两个结构分别保存到type_2 和 type_3 目录下,名字为POSCAR。按照这样完成的话,你的目录应该是这个样子的:



小窍门:p4vasp  */POSCAR  打开当前所有目录下的POSCAR,然后:


注意:本操作是在Ubuntu系统下操作的。Windows的用户可能不能实现p4v */POSCAR 这样的操作,下面讲解的搭建模型可能会多花出一些时间。在这里大师兄表示无能为力。




4 不同的吸附位点


我们前面了解到Cu(111)表面也有很多不同的位点:Top,Fcc,Hcp,和 Bri。所以这三种的初始构型在这四个位点上也要考虑。


Bridge的操作,选择5 和 6, 然后将Vector的数值减小一半,然后平移。



平移完了,将结构保存到bri目录下。

此时不要关闭平移的对话框(这是重点1)

点system对应的这个框,选择type_2 的POSCAR重点2

再点一下move,就完成这个类型的bri结构了。



同样,不要关闭对话框,打开type_3的结构,继续平移,获取对应的bri位结构。



这样操作的话,避免了重复获取平移Vector的那些鼠标点点的操作。点一次,可以继续用于其他结构的操作。希望大家可以掌握这个小窍门,提高自己搭模型的速度。Windows的用户,可以通过将Vector的数值先记下,然后打开另一个结构的时候,直接输入vector就可以了。类似的,我们可以快速搭建完FCC,HCP的结构,最后,你的目录应该是这样子的:



将这些结构复制到服务器里面,准备提交任务。




5 扩展练习:


1) 完成这12个结构的搭建,彻彻底底地掌握p4vasp平移,旋转操

2) 使用MS,VESTA,p4vasp 搭建一个p(4x4)-Pt(111) 的吸附模型。(Bulk,slab的优化过程不用做,只熟悉搭建模型的过程。

3) 思考如何批量准备输入文件,并提交任务?

4) 思考准备的任务输入文件有什么需要注意的地方?




6 总结:


学完这一节:

1) p4vasp的基本操作,我是没有什么其他可以再教的了。基本上学会这些可以说p4vasp已经入门了,剩下的就是大家没事瞎点点,然后琢磨的事情了。

2)至少含有1-3原子的分子吸附模型你应该会搭建了。原则如下:

  i)通过基本的化学常识和自己所学的知识判断与表面结合地原子; 

  ii)分析表面不同的吸附位点;

  iii) 思考可能的吸附方式(躺着、竖着、斜着、歪着等等),并通过平移,旋转来实现。

而最后一点,每思考一种吸附方式,都会使得自己的模型数目激增(1x位点数目),增加工作量。所以,大家在操作的时候,一定要多看文献,因为前人已经把这蛋疼的路帮你走通了。但这并不意味着别人算的就是对的,大家都是人,也会有疏忽的时候,如果你感觉某个结构应该会更稳定,一定要去尝试一下。



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