VASP | 理论计算常见问题解答(94):化学势、过渡态、异质结、键长比对与弹性常数

Q1:朱老师,原子的化学怎么计算,我可以直接在material project 上挑选最稳定的结构(例如当个Ce 原子)进行结构优化,算出的能量在除子整个结构的原子数,得出的数值就是Ce 的化学势吗?

A:①这个思路只在一个很特定的前提下才近似成立:算的是元素 Ce 的最稳定单质相(bulk Ce),并且要的化学势是 0 K、0 bar、Ce-rich 上限的参考化学势;

②真实问题里要的原子化学势往往不是一个固定数,而是某一个范围,取决于研究哪种相平衡情况;

③MP里面的能量可以当参考,但是需要注意用同一套DFT设置重算,然后再构建化学势。

Q2:朱老师,水铁矿表面,二甲基砷降解为一甲基砷的过渡态,以及一甲基砷降解为三价砷的过渡态,以及三价砷氧化为五价砷的过渡态。老师,这种过渡态的计算和Li+迁移路径一样嘛?

A:一、大体一样,要找的是从初态(IS)到终态(FS)的最小能量路径(MEP)和最高点(TS),最常用的方法依然是CI-NEB;

二、但表面反应比 Li⁺ 迁移更难算,在建模和收敛上有几处关键区别:

反应不是一个粒子位移,而是多原子协同的断键/成键

必须保证 IS/FS 化学计量完全一致

水铁矿/赤铁矿/针铁矿这类 Fe 氧化物表面一般要 +U 且有自旋有序,反应过程中局域价态可能变化

Q3:朱老师,建立异质结模型可以晶体和晶体吗?还是得某一个晶面和某一个晶面?

A:周期性 DFT(VASP)里真正建模时一定会落到“某个晶面 + 某个晶面”的界面:
概念上:晶体 A 和晶体 B 形成异质结(Crystal–Crystal)可以;
建模实现上:必须选A的 (hkl) 面和B的 (h’k’l’) 面来拼接。

Q4:老师,我做的Co-N6的单原子催化剂,结构优化后Co-N的键长与同步辐射算出来的键长对不上,这样需不需要重新找Co-N6的结构进行计算呢 ?

A:不一定,DFT 和同步辐射(多半是 EXAFS)出现偏差其实挺常见,原因往往不是结构错了,而是比较口径不一样;

差 0.02–0.05 Å:很常见,泛函、热振动、拟合误差,一般不用推倒重来;

差 0.08–0.15 Å 甚至更大:要认真排查,可能算的Co–N6并不是实验样品里的真实配位环境,或实验给的是平均结构。

先确定实验中是否动态无序,如果不是,再调整DFT配位构型重新优化。

Q5老师,请问计算有机晶体比如扑热息痛的弹性矩阵,有么有和实验值结果比较接近的方法或者文献?我发现有的文章用其他软件和方法算出来的杨氏模量是12,而我用VASP算得到的结果是55。这种情况是正常的吗?

A:这个差别很可能是口径/单位/方法没对齐导致的,对有机晶体尤其常见,但55 vs 12这么大,一般确实不应该直接当成正常;

首先排查VASP输出单位,检查单位是否一致;

然后排查确定比较的究竟是哪一种杨氏模量;

而在计算上,想要让数据靠近实验值,关键设置是vDW+relaxed-ion+温度(用QHA等方法)。

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