课程简介

课程内容包括晶体表面/二维结构/一维结构的结构性质，功函数、d带中心、吸附能、差分电荷密度等电子性质，HER、OER/ORR、NRR、CO₂RR等催化反应的自由能与过渡态计算，CO、CO₂、CH₄、C₆H₆等分子的吸附与分解过程。

课程内容

使用开源的VESTA与ASE软件构建晶体表面（slab）模型、掺杂与未掺杂二维结构、二维异质结构、一维结构模型。计算结构性质，包括面间距与原子磁矩。这能够让大家熟练掌握模型构建方法与软件操作技巧，为后续计算提供结构模型。

晶体表面静电势、功函数、d带中心计算，掺杂对二维结构功函数影响计算，二维异质结构差分电荷密度、结合能计算，一维结构电荷密度、自旋密度计算。这能够让大家掌握吸附剂与催化剂材料的基本电子性质，为后续反应中吸附位点判断提供参考依据。

金属是一类常见的催化剂材料，催化反应发生在表面的某些活性位点上。HER涉及到催化剂对H2O、H、H-OH中间体的吸附以及H2O的分解过程。计算HER中间体的自由能（包括总能、零点振动能、熵）、H2O分解的路径与能垒（包括过渡态与虚频），并绘制HER的台阶图。

四、表面与二维催化性质（OER）

金属氧化物是一类理想的催化剂，OER/ORR涉及中间体OH、O、OOH的吸附。计算中间体的自由能（包括总能、零点振动能、熵）、OOH脱H反应动力学过程，并绘制OER/ORR台阶图。

过渡金属原子掺杂是调控催化剂活性的一种手段，NRR主要涉及4条反应路径（Distal、Alternating、Enzymatic、Consecutive）。计算不同反应路线中间体的自由能（包括总能、零点振动能、熵），绘制NRR台阶图，并判断反应路线发生的可能性。

NRR路径与中间体结构

NRR路径与自由能

电压是调控电化学反应势垒的常见手段。CO2RR涉及中间体COOH、CO等中间体的吸附。计算中间体的自由能（包括总能、零点振动能、熵）以及电压对自由能的影响，并绘制CO2RR台阶图。

NH3、CH4、CH3、CH2、CH、C6H6吸附位点与分子空间构型的筛选与计算，对比掺杂与未掺杂位点的吸附效果，CH4分解为CH3和H的迁移路径与能垒计算，CH3分解为CH2和H的迁移路径与能垒计算，CH2分解为CH和H的迁移路径与能垒计算，CH分解为C和H的迁移路径与能垒计算。这能够让大家理解掺杂与未掺杂位点的吸附效果差别，掌握基于C和H的基团与分子吸附、分解、迁移的计算技巧。

C、O、CO、CO2吸附位点与分子空间构型的筛选与计算，对比边缘与体相位点的吸附效果，CO分解为O和C的迁移路径与能垒计算，CO2分解为CO和O的迁移路径与能垒计算。这能够让大家理解体相与边缘位点的吸附效果差别，掌握基于C和O的基团与分子吸附、分解、迁移的计算技巧。