介绍用CASTEP如何计属表面上的吸附能2.ppt

注意，不能用中文建目录计算结果要及时保存CO吸附在Pd（110）面,目的：介绍用CASTEP如何计属表面上的吸附能模块：CASTEP，Materials Visualizer,背景知识：Pd的表面在许多催化反应中都起着非常重要的作用理解催化反应首先是弄清楚分子是如何与这样的表面相结合的在本篇文章中，通过提出下列问题，DFT（密度泛函）模拟有助于我们的理解：分子趋向于吸附在哪里？可以有多少分子吸附在表面？吸附能是什么？它们的结构像什么？吸附的机制是什么？,我们应当把注意力集中于吸附点,既短桥点，因为众所周知它是首选的能量活泼点而且覆盖面也是确定的(1 ML).在1 ML 覆盖面上CO 分子互相排斥以阻止CO 分子垂直的连接在表面上考虑到(1x1)和(2x1)表面的单胞，我们将要计算出这种倾斜对化学吸收能的能量贡献绪论:在本指南中，我们将使用CASTEP来最优化和计算数种系统的总体能量一旦我们确定了这些能量，我们就可以计算CO在Pd(110)面上的化学吸附能本指南包括：1. 准备项目 2．最优化Pd3. 构造和优化CO 4．构造Pd(110) 面5. Relaxing Pd(110)面 6. 添加CO到1x1Pd(110)，优化此结构7. 设置和优化2x1Pd(110)面 8. 分析能量 9. 分析态密度,1．准备项目 选一路径，建立一个CO-Pd文件夹。

然后按下列操作， 在CO-Pd文件夹中生成CO-Pd的Project本指南包含有五种明显不同的计算为便于管理项目，我们先在项目中准备五个子文件夹在Project Explorer的根图标上右键单击，选择New | Folder再重复此操作四次在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)，CO molecule，, (1x1) CO on Pd(110)，和 (2x1) CO on Pd(110).,2．最优化bulk Pd,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.msi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。

从工具栏中选择CASTEP ，再选择Calculation或菜单栏中选择Modules | CASTEP | Calculation CASTEP对话框如下：,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选项按下Run键出现一个关于转换为原胞的信息框，按下OK工作递交后，开始运行结束后出现如下信息工作完成后，我们保存项目，选择File | Save Project然后在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优化后的晶胞结构注意保存计算结果,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 Å现在我们应该进行下一步操作，构造CO分子3．构造和优化CO,CASTEP只能处理周期性的体系为了能够优化CO分子的几何结构，我们必需把它放入晶格点阵中。

在Project Explorer中，右键单击文件夹 CO molecule，选择New | 3D Atomistic Document.在3D Atomistic Document.xsd上右键单击，选中Rename键入CO，按下RETURN键，建立CO.xsd文件 现在显示的是一个空3D模型文档我们可以使用Build Crystal工具来创建一个空晶格单元，然后在上面添加CO分子从菜单栏中选择Build | Crystals | Build Crystal，再选中Lattice Parameters标签，把每一个单元的长度a, b, 和 c改为8.00，按下Build按钮在3D模型文档中显示出一个空单元从菜单栏选择Build | Add AtomsCO分子中C-O键的键长实验值是1.1283 Å通过笛卡儿坐标系来添加原子，我们可以精确的创建此种键长的CO分子在Add Atoms对话框中，选择Options标签，确定Coordinate system为Cartesian然后选中Atoms标签，按下Add按钮在Add Atoms对话框中，把Element改为O，x 和 y的坐标值依然为0，把z的坐标值改为1.1283。

按下Add按钮，关闭对话框从工具栏中选择CASTEP 工具，然后选择Calculation先前计算时的设置依然保留着尽管如此，我们此次计算不需要优化晶胞在Setup标签中，按下More...按钮勾去Optimize Cell选项关闭对话框选择Electronic标签，把k-point set由Medium改为Gamma选择Properties标签，选中Density of states把k-point set改为Gamma，勾选Calculate PDOS选项按下Run按钮现在我们准备优化CO分子出现如下信息，表示CO优化成功查看OC的原子坐标，与实验值有差异从菜单栏中选择File | Save Project，然后在选中Window | Close All我们可以进行下一步操作 4．构造Pd(110)面下面我们将要用到从Pd bulk中获得的Pd优化结构在Pd bulk/Pd CASTEPGeomOpt文档中打开Pd.xsd注意保存计算结果,创建表面分为两个步骤第一步是劈开表面，第二步是创建一个包含表面的真空板 从菜单栏中选择Build | Surfaces | Cleave Surface。

把the Cleave plane (h k l)从（-1 0 0）改为（1 1 0），然后按下TAB键把Fractional top增加到1.5，按下Cleave按钮，关闭对话框此时，显示出一个包含有二维周期性表面的全新的三维模型文档由下列操作可显示更大的表面范围尽管如此，CASTEP要求有一个三维周期性的输入体系我们可以Vacuum Slab工具来获得在菜单栏中选择Build | Crystals | Vacuum Slab，把Vacuum thickness从10.00改为8.00按下Build键则结构由二维变成三维，把真空添加到了原子上在继续下面的操作前，我们要重新定位一下格子我们应该改变格子的显示方式并且旋转该结构，使屏幕上的Z轴成竖直状 在3D model document中单击右键，选择Lattice Parameters选项选择Advanced标签，按下Reorient to standard按钮，关闭对话框1,,晶体的方向依上面的设置发生了改变，由原来的XYZ→xyzC轴，即z轴垂直(110)面调整方向后，x、y、z改变OA=a0，短桥OB=2.8在yz面上。

在3D model document中单击右键，选择在Display Style然后选中Lattice标签，在Display中，把Style从Default改为Origina用 钮转，三维模型文档如右所示：,把Z坐标最大值所对应的Pd原子称为最高层Pd原子 在本指南的稍后部分，我们要求知道原子层间的距离do，我们可以通过计算原子坐标来得到从菜单栏中选择View | Explorers | Properties Explorer，选择FractionalXYZ中X=0.5，Y=0.5 的Pd原子注意从XYZ属性中所获得的Z的坐标值Z的坐标值应为1.396 Å，此既为原子层间的距离注意：一个fcc(110)体系，do 可通过下列公式得到： .,在弛豫表面之前，如果仅仅是只需要弛豫表面，我们必需要束缚住内部Pd原子按住SHIFT键选中所有的Pd原子，不包括最高层的Pd原子从菜单栏中选中Modify | Constraints，勾选上Fix fractional position关闭对话框则刚才所选中的原子已经被束缚，我们可以通过改变显示的颜色来看到它们在3D模型文档中单击以取消所选中的原子。

右键单击选择Display Style，在Atoms标签的Coloring部分，把Color by选项改为Constraint3D模型文档显示如下：,把Color by选项再改为Element，关闭对话框这个结构用来做Pd(110)表面的弛豫，它同时也是优化CO 分子在Pd(110)表面的启示模型从菜单栏中选择 File | Save As...，把它导引到Pd(110)文件夹中，改文件名为Pd(110)，按下Save按钮对(1x1) CO on Pd(110)文件夹也重复此操作，但是这一次把文档的名字改为(1x1) CO on Pd(110)再选择File | Save Project，然后选择Window | Close All注意保存计算结果,5．弛豫Pd(110)面,,现在我们最优化Pd (110)表面在Project Explorer的Pd (110)文件夹中打开Pd(110).xsd从工具栏中选中CASTEP 工具，然后选择Calculation按下More...按钮，确定Optimize Cell没有被选中关闭对话框为了维持我们想要完成的计算的连贯性，我们应该更改Electronic标签中的一些设置。

选择Electronic tab标签，然后按下More...按钮从CASTEP Electronic Options对话框中选择Basis标签，勾选上Use custom energy cut-off并且把域植从260.0改为300.0选择k-points标签，勾选上Custom grid参数在Mesh parameters域中，把a改到3，b改到4，c改到1关闭对话框我们还应该计算此体系的态密度 选择CASTEP Calculation对话框中的Properties标签，选中Density of states勾选上Calculate PDOS，把k-point set改为Medium按下Run按钮，关闭对话框改为30,计算的运行会耗费一定的时间，结束后出现如下信息，,,从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All我们现在可以构建下一组表面6．添加CO到1x1Pd(110)表面，优化此结构,我们要使用在(1x1) Co on Pd(110)文件中的结构来进行下面的工作在Project Explorer中，打开(1x1) Co on Pd(110)文件中的(1x1) CO on Pd(110).xsd。