中科大materialsstudio培训教程7(包你学会)请将这一系列全看完,一定有收获剖析.ppt

目的：介绍分子吸附在表面时，用 CASTEP 计算电荷密度差 模块：Materials Visualizer，CASTEP 前提： CO 吸附在 Pd(110) 表面 背景 本讲义将研究相对于孤立的CO 分子和没有被干扰的Pd(110)面而言，CO 分子的成键是如何影响电子分布的电荷密度的变化可以用两种方法计算出来第一个选择就是计算各个分子碎片的电荷密度这个方法便于描述如何由较小的体系组成较大的体系该方法描绘了在发生化学反应的时候和一个分子吸附到一个表面的时候，电荷密度是如何发生变化的本例中， CO 分子吸附在Pd(110)面上，电荷密度的变化可以表示为： Δρ = ρCO@Pd(110) - (ρCO + ρPd(110)) 式中ρCO@Pd(110) 是CO + Pd(110)体系的总的电荷密度，ρCO 和ρPd(110)分别是吸附物和基底的未受干扰的电荷密度 另一个方法就是根据原子来计算电荷密度： Δρ = ρCO@Pd(110) - Σ (ρi) 这里，下标i 遍及所有原子这个方法显示了由于形成全部的化学键而导致的电子分布的变化该方法便于描述体系的化学键是如何通过原子电荷密度的离域化来形成的。

电荷密度的显示有助于理解化学吸附的过程分子会选择在哪里吸附？分子为什么会选择在那里吸附？分子稳定吸附在那里的成键机理是什么？ You will focus on one adsorption site: the short bridge site you studied in the tutorial Adsorption of CO onto a Pd(110) surface.,,Example:Pd(110)面上的CO 分子电荷密度变化,内容: 1. 建立CO在Pd表面的吸附 2. 定义碎片 3. 运算 4. 显示碎片的电荷密度差,1. 建立CO在Pd表面的吸附,本部分与前一个讲义“CO 分子在Pd(110)表面的吸附” 相关联，重复CO表面吸附模型的构建1)建立Pd晶体，结构优化；(2) 构建Pd(110)表面；(3)构建并优化 Co on Pd(110) 结构1)．准备项目 在D或E盘中建立class 5文件夹运行MS，在class 5中建立名为Pd_CO 的Project2,1,为便于管理项目，我们先在项目中准备三个子文件夹在Project Explorer的根图标Pd_CO上右键单击，选择New / Folder。

再重复此操作二次在New Folder上右键单击，选择Rename，键入Pd bulk在其它的文件上重复此操作过程，把它们依次更名为Pd(110)和(1x1) CO on Pd(110)2) 建立Pd晶体，结构优化,Materials Studio所提供的结构库中包含有Pd的晶体结构在Project Explorer中，右键单击Pd bulk文件夹并且选择Import，从Structures / metals / pure-metals中导入Pd.msi1,2,3,4,5,,,显示出bulk Pd的结构，我们把显示方式改为Ball and Stick在Pd 3D Model document中右键单击，选择Display Style，在Atoms标签中选择Ball and Stick，关闭对话框现在使用CASTEP来优化bulk Pd为了减少计算量，将晶胞转换为原胞从工具栏中选择CASTEP ，再选择Calculation或菜单栏中选择Modules | CASTEP | Calculation把Task从Energy改为Geometry Optimization，按下More.按钮，在 CASTEP Geometry Optimization对话框中选中Optimize Cell选项。

设定本地机运行，按下Run键工作递交后，开始运行结束后出现提示信息选择File / Save Project保存项目，Window / Close all关闭工作窗口 在Project Explorer中打开位于Pd CASTEP GeomOpt文件夹中的Pd.xsd，显示的即为Pd优化后的原胞结构由下面步骤恢复Pd优化后的晶胞结构在左侧的Properties中选择Lattice 3D，从中可以看到优化后的晶格参数大约为3.95 Å，其而其实验值为3.89 ÅFile / Save Project保存项目 Window / Close all关闭工作窗口,(3) 构建Pd(110)表面,本部分需要使用来自Pd bulk 部分的优化后的Pd 结构 打开Pd bulk/Pd CASTEP GeomOpt 文件夹里的Pd.xsd创建一个表面是一个两步过程首先是要切出一个表面，其次就是创建一个包含了表面的真空层 从菜单栏里选择Build | Surfaces / Cleave Surface把Cleave plane (h k l) 从(-1 0 0) 改为(1 1 0)，按下TAB 键把Fractional Thickness 提高至1.5。

按下Cleave 按钮，关闭此对话框一个新的3D 模型文件打开了，它包含了一个二维周期性表面然而，CASTEP 需要的是一个3D 周期性系统当作输入文件这可以通过使用Vacuum Slab 工具得到 选择Build / Crystals / Vacuum Slab把Vacuum thickness 的值从10.00 改为8.00，注意C轴的方向，按下Build按钮注意真空层的方向在oc,,结构由2D 变为3D，并且一个真空层被加到原子的上方旋转此3D图，注意OA、OB、OC的方向与X、Y、Z三个坐标轴不同真空层沿OC方向这样调整了方向，oc沿z轴方向右击3D 模型，选择Lattice Parameters，选择Advanced 标签，按下Reorient to standard 按钮，关闭此对话框旋转,改变晶格显示方式，转动结构使得z-轴在竖直方向 右击3D 文件，选择Display Style选择Lattice 标签在Display style 部分，把Style 由Default改为Original关闭对话框，3D 结构改变如下：,,Z 坐标有最大值的的Pd 原子被称为Pd 最上层。

在弛豫表面之前，必须把Pd 内部的原子固定住，因为现在只需要弛豫Pa 的表面 按下SHIFT 键，选中除了最上层的Pd 原子之外的所有Pd 原子选择菜单条中的Modify / Constraints勾选上Fix fractional position，关闭此对话框Pd 体内的原子被固定住，可以通过改变显示颜色查看被限制了的Pd 原子 在3D 模型文件内，点击取消选择原子右击文件，选择Display Style在Atom 标签栏上的Coloring 区域，把颜色选项改为Constraint 现在这个3D 模型文件如下所示：,把颜色选项改回Element，关闭此对话框 这个结构是优化CO 分子在Pd(110)表面吸附的起始模型选择工具条中的File | Save As.浏览到(1x1) CO on Pd(110)文件夹，把文件名改为(1x1) CO on Pd(110)，按下Save 按钮 选择File | SaveProject，然后then Window | Close All4). 把CO 分子添加到1 x 1 Pd(110)表面并优化此结构 现在的工作对象是(1x1) Co on Pd(110)文件夹内的结构。

在Project Explorer 内，打开(1x1) CO on Pd(110)文件夹内的(1x1) CO on Pd(110).xsd 文件现在把CO 分子添加到短桥键位置的上方上一讲已根据实验事实来确定了键的长度，这里直接使用已有的结构数据选择菜单栏里的Build / Add Atoms，选择Option 标签确认坐标系统是Fractional 选择Atoms标签，把Element 改为C把a 的值改为0.0，b 的值改为0.5，c 的值改为0.382 按下Add按钮如果新加的原子没有球状显示，从菜单栏选择view / Display Style / Ball and Stick,,,如果要知道所建立的模型正确与否，可以使用Measure/Change 工具 点击与Measure/Change 工具相关联的选项箭头，选择Distance点击Pd-C 键键长显示为1.928Å，接近实验值1.93Å下一步是添加O 原子 在Add Atoms 对话框上，把Element 改为O C-O 键的实验值是1.15 Å在分数坐标系统内，这个值是0.107，把这个值与C 的分数z 坐标值相加，就得到O 的分数z 坐标值0.489。

把c 的值改为0.489，按下Add 按钮，关闭此对话框Pd 的起始对称性是P1，但是随着CO 分子的引入发生了改变 可以通过运用Find Symmetry工具找到并加上对称性 选择工具条上的Find Symmetry 工具，按下Find Symmetry 按钮，然后按下Impose Symmetry按钮 现在的对称性是PMM2右击3D 模型文件，选择Display Style选择Lattice 标签，把Style 改为Default 现在结构如右图所示：,,现在开始优化结构 选择File / Save Project，然后Window / Close All在Project Explorer 内，打开(1x1)CO on Pd(110)文件夹内的(1x1)CO on Pd(110).xsd 选择CASTEP 工具中的Calculation计算步骤和计算的参数设置见下页 按下Run 按钮 注意：Pd的结构已优化过，现在内层原子被固定， 仅其表面一层原子和CO再优化 优化,优化结束， (1x1)CO on Pd(110)文件夹中有了新文件夹 (1x1)CO on Pd(110) CASTEP GeomOpt。

其中的(1x1)CO on Pd(110).xsd就是优化的结果File / save project Window / Close all,,,2. 定义分子片断 点击选上碳原子，按下SHIFT 键，点击氧原子 在Edit Sets 对话框里，点击New在Define New Set 对话框里，输入CO DensityDifference， 按下OK打开(1x1) CO on Pd(110)\(1x1) CO on Pd (1 1 0) CASTEP GeomOpt 文件夹里的 (1x1) CO onPd(110).xsd 文件2. 定义分子片断,要计算片断的电荷密度差，必须首先定义片断使用Edit Sets 选项来执行首先建立一个含有碳原子和氧原子的片断 选择菜单栏里的Edit / Edit sets1,1,1,1,点击选上碳原子，按下SHIFT 键，点击氧原子在Edit Sets 对话框里，点击New在Define New Set 对话框里，输入CO DensityDifference，按下OK 注意在模型(1x1) CO on Pd (1 1 0).xsd 中的CO 分子现在是加亮的，并且被标记为刚才设定的名称。

不必定义Pd 表面，因为CASTEP 会自动假设剩下的原子在计算电荷密度差别的时候是排除在考虑之外的 关闭Edit Sets 对话框在结构外的任一处单击左键，取消原子选择属于组的原子被一个网罩着，这个网可以被移走 点击该网，选上该组在Properti。