첫 번째 원리 계산을 사용하여 1차원 반 데르 발스 이종 구조의 프로브 유형 II 밴드 정렬
Summary
비엔나 Ab initio 시뮬레이션 패키지에 의해 수행된 계산은 나노 스케일 재료의 본질적인 전자 특성을 식별하고 잠재적인 물 분할 광촉매를 예측하는 데 사용할 수 있습니다.
Abstract
밀도 기능 이론(DFT)을 기반으로 하는 전산 도구는 표적 응용 을 위해 정성적으로 새롭고 실험적으로 달성 가능한 나노 스케일 화합물을 탐색할 수 있게 합니다. 이론적 시뮬레이션은 기능성 재료의 본질적인 전자 특성에 대한 깊은 이해를 제공합니다. 이 프로토콜의 목적은 전산 해부에 의해 광촉매 후보를 검색하는 것입니다. 광촉매 응용 분야에는 적절한 밴드 갭, 레독스 전위에 대한 적절한 밴드 엣지 위치가 필요합니다. 하이브리드 기능은 이러한 특성의 정확한 값을 제공할 수 있지만 계산 비용이 많이 드는 반면, Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE) 기능 수준에서의 결과는 이를 통해 대역 구조 엔지니어링전략을 제안하는 데 효과적일 수 있습니다. 전장 및 인장 변형은 광촉매 성능을 향상시키는 것을 목표로합니다. 이를 설명하기 위해, 본 원고에서, DFT 기반 시뮬레이션 도구 VASP는 접지 상태에서 나노튜브및 나노리본의 조합으로 나노복합체의 대역 정렬을 조사하는데 사용된다. 흥분 상태에서 광생성된 구멍과 전자의 수명을 해결하려면 비열역학 계산이 필요합니다.
Introduction
깨끗하고 지속 가능한 에너지에 대한 전 세계적으로 수요는 유한 한 석유 자원에 대한 의존도를 줄이기 위해 유망한 재료에 대한 연구를 촉진했습니다. 시뮬레이션은 새로운 기능성 물질에 대한 검색을 가속화하는 실험보다 더 효율적이고 경제적입니다1. 이론적 관점에서 재료 설계2,3,4는 이제 전산 자원 및 이론 개발의 급속한 발전으로 인해 점점 더 인기가 있어 계산 시뮬레이션을 보다 안정적으로 만듭니다5 . 많은 코드에서 구현된 밀도 함수 이론(DFT) 계산은 더욱 견고해지고 재현 가능한 결과6.
비엔나 Ab initio 시뮬레이션 패키지 (VASP)7 분자 및 결정 특성을 예측하기위한 가장 유망한 DFT 코드 중 하나를 제시하고이 코드를 사용하는 40,000 개 이상의 연구가 출판되었습니다. 대부분의 작업은 밴드 간격 크기를 과소 평가하지만 밴드 정렬 및 밴드 오프셋의 필수 추세를 캡처 Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) 기능 수준8에서수행됩니다3. 이 프로토콜은 이 계산 도구를 사용하여 깨끗하고 재생 가능한 에너지를 위한 나노 스케일 재료의 밴드 엣지 프로파일 및 밴드갭을 조사하는 세부 사항을 설명하는 것을 목표로 합니다. VASP를 사용하는 더 많은 예제는 https://www.vasp.at 사용할 수 있습니다.
이 보고서는 광촉매 물 분할에서 유망한 응용 분야에 대한 유형 II 대역 정렬9를 가진 1차원(1D) vdW 이종 구조의 전산 스크리닝을제시한다4. 구체적으로, 나노튜브(NT) 내부에 캡슐화된 나노리본(NRs)은 실시예10으로조사된다. 비공유 상호 작용을 해결하기 위해 DFT-D3 방법을 사용하는 vdW 보정에는11이포함되어 있습니다. VASP에 의한 1.2단계, 2.2단계, 3.2단계, 3.2, 3.5.2 및 섹션 4의 DFT 계산은 CenTOS 시스템의 고성능 연구 컴퓨터에서 휴대용 배치 시스템(PBS) 스크립트를 사용하여 수행됩니다. PBS 스크립트의 예는 보충 자료에표시됩니다. 3.3 단계의 P4VASP 소프트웨어에 의한 데이터 후처리 및 3.4 단계의 xmgrace 소프트웨어에 의한 그림 플롯은 우분투 시스템의 로컬 컴퓨터(랩톱 또는 데스크톱)에서 수행됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
섹션 2, 3 및 4의 전자 특성에 대한 계산은 다양한 나노 스케일 재료와 유사합니다. 1단계의 초기 원자 모델은 의미 있는 정보를 추출하도록 신중하게 설계되어야 합니다. 예를 들어 모델을 선택하는 요소는 재질의 크기 또는 키랄성일 수 있습니다. 또한 1.1단계의 초기 원자 모델은 저비용 구조 완화를 위해 합리적으로 준비되어야 합니다. 프로토콜에서 나노복합체를 예로 들면, NR은 NT 내부에 대칭?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 중국 박사 후 과학 재단 (그랜트 번호 2017M612348), 칭다오 박사 후 재단 (그랜트 번호 3002000-861805033070) 및 중국 해양 대학의 젊은 인재 프로젝트 (그랜트 번호 3002000-86170101111)에서 지원되었다. 작가들은 내레이션을 준비해준 야종 리 양에게 감사를 표한다.
Materials
| 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/ |
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