VASP教程 | VASP如何进行吸附H结合能计算?

VASP自洽计算原理

VASP(Vienna Ab initio Simulation Package)是一款基于密度泛函理论(DFT)的量子力学模拟软件,广泛应用于材料科学、化学、物理学等领域。其核心计算方法之一是自洽场(Self-Consistent Field, SCF)算法,解决Kohn-Sham方程该算法通过迭代计算电子波函数和密度,直到系统达到自洽状态。
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自洽计算是VASP计算中最基础也是最重要的步骤,其目的是找到电子波函数和相应的总能量,使得电子在晶胞中的分布达到自洽。自洽计算通常包括电荷密度的初始化、波函数的迭代优化以及能量和力的计算。

准备工作

VASP计算需要准备超算连接软件EASYCONNECT与SSH,建模软件VESTA,以及VASP的输入文件INCAR,KPOINTS,POTCAR
VESTA软件下载链接
jp-minerals.org/vesta/en/download.html
EASYCONNCT软件下载链接
EasyConnect下载-EasyConnect最新版下载V7.6.7.0
Winscp软件下载链接
Downloading WinSCP-6.5.3-Setup.exe :: WinSCP

VASP输入参数

INCAR文件:
ISTART=0    #开始新的任务,随机产生初始波函数
ICHARG=2  #开始新的任务,从原子电荷密度产生体系初始电荷密度
PREC=M   #计算精度,决定ENCUT
ISPIN=2    #打开自旋极化
ALGO=N  #确定电子优化的算法
NELM=60   #电子波函数最多计算60步
EDIFF=1E-5  #相邻两步电子迭代的能量差收敛标准
ENCUT=400  #平面波截断能400 eV
IVDW=11   #考虑范德华力修正
IBRION=-1   #自洽计算
NSW=0   #固定结构
ISIF=2   #固定晶格优化原子坐标
EDIFFG=-0.1  #离子弛豫的force的收敛标准
ISMEAR=0   #费米能级附近电子占据数为高斯分布,适合金属、半导体、绝缘体
SIGMA=0.1  #高斯分布展宽0.1 eV
LORBIT = 10 #局域态密度
KPOINTS文件:
Automatic generation  #注释行
0  #自动产生K点网格
G   #布里渊区K点网格以Gamma点为中心
6 6 1  #K点网格密度
0 0 0  #K点网格中心平移矢量

Pt吸附H结合能计算

第一步,进入pt计算文件夹
cd crystal/pt 
将结构优化h文件夹复制成h-s1文件夹
cp -r h h-s1 
进入h-s1文件夹
cd h-s1
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第二步,计算吸附构型能量
cp CONTCAR POSCAR
vi INCAR
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通过sbatch JOB命令提交计算任务,
sbatch JOB
第三步,计算催化剂和H原子能量
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最后用hs-1的能量减去hs-2和hs-3的能量,即可得到结合能
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总结

今天华算科技朱老师给大家介绍Pt001面吸附H结合能计算。结合能是反映催化剂和被吸附对象之间作用强度的一个物理量,来看一下具体该如何计算。在上一次视频中已经做好了 H 的吸附,那么结合能,先要把吸附构型的能量算一遍,再把H和Pt拆开,各自能量算一遍,把整体能量减去两个拆开后结构的能量就得到了它的结合能。首先把 h 变成 hs-1 就是吸附构型的自洽计算,算一下它的总能,进到这个文件夹之后把 CONTCAR 变成POSCAR,保留下来。修改 INCAR 执行自洽计算,IBRION再改成-1, NSW 改成0,其他就不用改了,结构不用动,调整一下自洽计算的参数就行。提交任务,接下来做第二个自洽计算,就是把整体的结构中移除H,就把 hs- 1 变成 hs-2,这时候INCAR就一样了,不用动了,修改 POSCAR。把这个 H删除,以及对应的原子坐标也删除,保存,提交任务。第三个,把整体结构中的Pt移除,单独算H的能量,把 hs-1 变成 hs-3,进到这个里面修改POSCAR,把Pt删除,留下一个H原子,这时候赝势做一个调整,用H的赝势去覆盖它,这样就可以提交。
来看一下三个自洽计算做的怎么样?第一个是整体的算好了,第二个只有Pt的也算好了,第三个只有H的也算好。那么接下来把能量来计算一下,首先把三个能量输出到一起,可以抄下来,也可以用这个 tail 命令 来一起输出。那就把 s1 的减s2,减 s3 就可以。
这边来做一个减法,减下来之后是- 2.75 电子伏特,这就是它的结合能。这里简单说一下,结合能的数值一定是负值,反应之间有相互作用。如果说没有相互作用,无限远的情况下结合能是0,永远不会算出是正数来,那么这个数值越负,说明相互作用越强,这个Pt-H之间是一种共价键,作用更强的话这个数会更低。
本文干货内容由拥有15年VASP实战经验的华算科技朱老师(同济大学本博、深圳海外高层次人才)撰写,👉欢迎点击进入《VASP计算专题》探索更多深度教程
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