Vienna Ab initio Simülasyon Paketi tarafından yapılan hesaplamalar, nano ölçekli malzemelerin içsel elektronik özelliklerini belirlemek ve potansiyel su yarma fotokatalizörlerini tahmin etmek için kullanılabilir.
Yoğunluk-fonksiyonel teorisine (DFT) dayalı hesaplama araçları, hedeflenen bir uygulama için nitel olarak yeni, deneysel olarak ulaşılabilir nano ölçekli bileşiklerin araştırılmasını sağlar. Teorik simülasyonlar, fonksiyonel malzemelerin içsel elektronik özelliklerihakkında derin bir anlayış sağlar. Bu protokolün amacı hesaplamalı diseksiyonu ile fotokatalizör adayları aramaktır. Fotokatalitik uygulamalar, redoks potansiyellerine göre uygun bant boşlukları, uygun bant kenarı pozisyonları gerektirir. Hibrit fonksiyonlar bu özelliklerin doğru değerlerini sağlayabilir ancak hesaplama açısından pahalıdır, oysa Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) fonksiyonel düzeyindeki sonuçlar bant yapısı mühendisliği için stratejiler önermek için etkili olabilir. fotokatalitik performansı artırmayı amaçlayan elektrik alanı ve çekme gerilimi. Bunu göstermek için, mevcut el yazmasında, DFT tabanlı simülasyon aracı VASP nanotüpler ve nanoribbons zemin durumunda kombinasyonları nanokompozitlerin bant hizalama araştırmak için kullanılır. Fotojenatyon deliklerinin ve elektronların kullanım ömrünü heyecanlı durumda ele almak için nonadiabatik dinamiği hesaplamalarına ihtiyaç vardır.
Temiz ve sürdürülebilir enerji için dünya çapında talep sonlu petrol kaynaklarına bağımlılığı azaltmak için umut verici malzemeler için araştırma teşvik etmiştir. Simülasyonlar, yeni fonksiyonel malzemeler için aramayı hızlandıran deneylerden daha verimli ve ekonomiktir1. Teorik açıdan malzeme tasarımı2,3,4 artık hesaplamalı kaynaklar ve teori gelişmelerdeki hızlı gelişmeler nedeniyle daha popüler hale getirerek, hesaplamalı simülasyonları daha güvenilir hale getiriyor5 . Birçok kodda uygulanan yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) hesaplamaları daha sağlam hale gelmektedir ve tekrarlanabilir sonuçlar6.
Vienna Ab initio Simülasyon Paketi (VASP)7 moleküler ve kristal özellikleri tahmin etmek için en umut verici DFT kodlarından birini sunar ve bu kodu kullanan 40.000’den fazla çalışma yayınlanmıştır. Çoğu çalışma Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) fonksiyonel seviye8yapılır , hangi bant boşluğu boyutları hafife, ama bant hizalama ve bant ofset leri temel eğilimleri yakalar3. Bu protokol, bu hesaplama aracı nı kullanarak temiz ve yenilenebilir enerji için bant kenarı profillerinin ve nano ölçekli malzemelerin bant boşluklarının araştırılmasının ayrıntılarını ana hatlarını oluşturmayı amaçlamaktadır. https://www.vasp.at’da VASP kullanarak daha fazla örnek mevcuttur.
Bu rapor, fotokatalitik su bölme de umut verici bir uygulama için tip II bant hizalama9 ile tek boyutlu (1D) vdW heteroyapıların hesaplamalı tarama sunar4. Özellikle, nanotüpler (NTs) içinde kapsüllenmiş nanoribbons (NRs) örnek10olarak incelenir. Kovalent olmayan etkileşimleri gidermek için, DFT-D3 yöntemini kullanan vdW düzeltmeleri11’edahildir. VASP tarafından 1.2, 2.2, 3.2, 3.5.2 ve bölüm 4’teki DFT hesaplamaları, Centos sistemindeki yüksek performanslı araştırma bilgisayarları tarafından Taşınabilir Toplu İşlem Sistemi (PBS) komut dosyası kullanılarak gerçekleştirilir. PBS komut dosyasının bir örneği Ek Malzemeler’degösterilmiştir. P4VASP yazılımı nın 3.3.
Bölüm 2, 3 ve 4’teki elektronik özellikler için yapılan hesaplamalar çeşitli nano ölçekli malzemeler arasında benzer olacaktır. Adım 1’deki ilk atom modeli anlamlı bilgileri ayıklamak için dikkatle tasarlanmalıdır. Örneğin, modeli seçmek için faktör malzemelerin boyutu veya chirality olabilir. Ayrıca, adım 1.1 ilk atom modeli makul düşük maliyetli yapı gevşeme için hazırlanmalıdır. Protokoldeki nanokompozit iörnek olarak ele alınarak, NR nt içinde simetrik bir şekilde kapsüllenmelidi…
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma Çin Doktora Sonrası Bilim Vakfı (Grant No. 2017M612348), Qingdao Doktora Sonrası Vakfı (Grant No. 3002000-861805033070) ve Ocean University of China’daki Genç Yetenek Projesi’nden (Grant No. 3002000-861701013151) desteklenmiştir. Yazarlar bayan Ya Chong Li’ye anlatımı hazırladığı için teşekkür ediyor.
Nanotube Modeler | Developed by Dr. Steffen Weber | NanotubeModeler1.8 | http://www.jcrystal.com/products/wincnt/NanotubeModeler.exe |
P4VASP | Orest Dubay | p4vasp 0.3.30 | Open source, available at www.p4vasp.at |
v2xsf | Developed by Dr. Jens Kunstmann | v2xsf | http://theory.chm.tu-dresden.de/~jk/software.html |
VASP software | Computational Materials Physics, Dept. of Physics, University of Vienna | vasp.5.4.1 | https://www.vasp.at |
VMD software | Theoretical and Computational Biophysics Group, University of Illinois at Urbana-Champaign | vmd1.9.3 | https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd |
xcrysden | Dept. of Physical and Organic Chemistry, Jozef Stefan Institute | XCrySDen1.5.60 | http://www.xcrysden.org/ |
Xmakemol | Developed by M. P. Hodges | xmakemol5.16 | https://www.nongnu.org/xmakemol/XmakemolDownloads.html |
Xmgrace software | Grace Development Team under the coordination of Evgeny Stambulchik | xmgrace5.1.25 | http://plasma-gate.weizmann.ac.il/Grace/ |