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1、注意，不能用中文建目录录 。 计计算结结果要及时时保存。 CO吸附在Pd（110）面 目的：介绍用CASTEP如何计属表面上的吸附能。 模块：CASTEP，Materials Visualizer 背景知识：Pd的表面在许多催化反应中都起着非常重要的作用 。理解催化反应首先是弄清楚分子是如何与这样的表面相结合 的。在本篇文章中，通过提出下列问题，DFT（密度泛函）模 拟有助于我们的理解：分子趋向于吸附在哪里？可以有多少分 子吸附在表面？吸附能是什么？它们的结构像什么？吸附的机 制是什么？ 我们应当把注意力集中于吸附点,既短桥点，因为众所周知它 是首选的能量活泼点。而且覆盖面也是确定的(1 ML
2、).。在1 ML 覆盖面上CO 分子互相排斥以阻止CO 分子垂直的连接在表面上。 考虑到(1x1)和(2x1)表面的单胞，我们将要计算出这种倾斜对化学 吸收能的能量贡献。 绪论:在本指南中，我们将使用CASTEP来最优化和计算数种系 统的总体能量。一旦我们确定了这些能量，我们就可以计算CO 在Pd(110)面上的化学吸附能。 本指南包括： 1. 准备项目 2最优化Pd 3. 构造和优化CO 4构造Pd(110) 面 5. Relaxing Pd(110)面 6. 添加CO到1x1Pd(110)，优化此结构 7. 设置和优化2x1Pd(110)面 8. 分析能量 9. 分析态密度 (面心立方)
3、a0 d0 1 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 a0 5 6 1 2 4 3 1准备项目 选一路径，建立一个CO-Pd文件夹。然后按下列操作， 在CO- Pd文件夹中生成CO-Pd的Project。 本指南包含有五种明显不同的计算。为便于管理项目，我们 先在项目中准备五个子文件夹。在Project Explorer的根图标上右 键单击，选择New | Folder。再重复此操作四次。在New Folder上 右键单击，选择Rename，键入Pd bulk。在其它的文件上重复此 操作过程，把它们依次更名为Pd(110)，CO molecule，, (1x1) CO on Pd(1
4、10)，和 (2x1) CO on Pd(110). 2最优化bulk Pd Materials Studio所提供的结构库中包含有Pd的晶体结构。 在Project Explorer中，右键单击Pd bulk文件夹并且选择Import， 从Structures/metals/pure-metals中导入Pd.msi。 显示出bulk Pd的结构，我们把显示方式改为Ball and Stick。在 Pd 3D Model document中右键单击，选择Display Style，在Atoms 标签中选择Ball and Stick，关闭对话框。 现在使用CASTEP来优化bulk Pd。 从
5、工具栏中选择CASTEP ，再选择Calculation或菜单栏 中选择Modules | CASTEP | Calculation。 CASTEP对话框如下： 把Task从Energy改为Geometry Optimization，按下More.按钮 ，在 CASTEP Geometry Optimization对话框中选中Optimize Cell 选项。按下Run键。出现一个关于转换为原胞的信息框，按下OK。 工作递交后，开始运行。结束后出现如下信息。 工作完成后，我们保存项目，选择File | Save Project。然后在 Project Explorer中打开位于Pd CASTE
6、P GeomOpt文件夹中的 Pd.xsd，显示的即为Pd优化后的原胞结构。由下面步骤恢复Pd优 化后的晶胞结构。 注意保存计算结果 在左侧的Properties中选择Lattice 3D，从中可以看到优化后的 晶格参数大约为3.95 ，其而其实验值为3.89 。 现在我们应该进行下一步操作，构造CO分子。 3构造和优化CO CASTEP只能处理周期性的体系。为了能够优化CO分子的几 何结构，我们必需把它放入晶格点阵中。 在Project Explorer中，右键单击文件夹 CO molecule，选择 New | 3D Atomistic Document.在3D Atomistic Doc
7、ument.xsd上右 键单击，选中Rename。键入CO，按下RETURN键，建立CO.xsd 文件。 现在显示的是一个空3D模型文档。我们可以使用Build Crystal工具来创建一个空晶格单元，然后在上面添加CO分子。 从菜单栏中选择Build | Crystals | Build Crystal，再选中Lattice Parameters标签，把每一个单元的长度a, b, 和 c改为8.00，按下 Build按钮。在3D模型文档中显示出一个空单元。 从菜单栏选择Build | Add Atoms。 CO分子中C-O键的键长实验值是1.1283 。通过笛卡儿坐标系 来添加原子，我们可以
8、精确的创建此种键长的CO分子。 在Add Atoms对话框中，选择Options标签，确定Coordinate system为Cartesian。然后选中Atoms标签，按下Add按钮。 在Add Atoms对话框中，把Element改为O，x 和 y的坐标值依然 为0，把z的坐标值改为1.1283。按下Add按钮，关闭对话框。 从工具栏中选择CASTEP 工具，然后选择Calculation。 先前计算时的设置依然保留着。尽管如此，我们此次计算不需 要优化晶胞。 在Setup标签中，按下More.按钮。勾去Optimize Cell选项。关闭 对话框。选择Electronic标签，把k-po
9、int set由Medium改为Gamma 。 选择Properties标签，选中Density of states。把k-point set改为 Gamma，勾选Calculate PDOS选项。按下Run按钮。 现在我们准备优化CO分子。 出现如下信息，表示CO优化成功。 查看OC的原子坐标，与实验值有差异 。 从菜单栏中选择File | Save Project，然后在选中Window | Close All。我们可以进行下一步操作。 4构造Pd(110)面 下面我们将要用到从Pd bulk中获得的Pd优化结构。 在Pd bulk/Pd CASTEPGeomOpt文档中打开Pd.xsd。
10、 注意保存计算结果 创建表面分为两个步骤。第一步是劈开表面，第二步是创建一 个包含表面的真空板。 从菜单栏中选择Build | Surfaces | Cleave Surface。 把the Cleave plane (h k l)从（-1 0 0）改为（1 1 0），然后按下 TAB键。把Fractional top增加到1.5，按下Cleave按钮，关闭对 话框。 此时，显示出一个包含有二维周期性 表面的全新的三维模型文档。 由下列操作可显示更大的表面范围。 尽管如此，CASTEP要求有一个三维周期性的输入体系。我们可 以Vacuum Slab工具来获得。 在菜单栏中选择Build | C
11、rystals | Vacuum Slab，把Vacuum thickness从10.00改为8.00。按下Build键。 则结构由二维变成三维，把真空添加到了原子上。 在继续下面的操作前，我们要重新定位一下格子。我们应该改 变格子的显示方式并且旋转该结构，使屏幕上的Z轴成竖直状 。 在3D model document中单击右键，选择Lattice Parameters选项。选择Advanced标签，按下Reorient to standard按钮，关闭对话框。 1 晶体的方向依上面的设置发生了 改变，由原来的XYZxyz。C轴， 即z轴垂直(110)面。 调整方向后，x、y、z改变。OA=
12、a0，短桥OB=2.8在yz面上 。 1 A 8 7 6 5 B O 在3D model document中单击右键，选择在Display Style。然后 选中Lattice标签，在Display中，把Style从Default改为Origina。 用 钮转，三维模型文档如右所示： 把Z坐标最大值所对应的Pd原子称为最高层Pd原子。 在本指南的稍后部分，我们要求知道原子层间的距离do，我 们可以通过计算原子坐标来得到。 从菜单栏中选择View | Explorers | Properties Explorer，选 择FractionalXYZ中X=0.5，Y=0.5 的Pd原子。注意从XYZ
13、属性中所 获得的Z的坐标值。 Z的坐标值应为1.396 ，此既为原子层间的距离。 注意：一个fcc(110)体系，do 可通过下列公式得到： . 在弛豫表面之前，如果仅仅是只需要弛豫表面，我们必需要束 缚住内部Pd原子。 按住SHIFT键选中所有的Pd原子，不包括最高层的Pd原子。从菜 单栏中选中Modify | Constraints，勾选上Fix fractional position。关闭对话框。 则刚才所选中的原子已经被束缚，我们可以通过改变显示的颜 色来看到它们。 在3D模型文档中单击以取消所选中的原子。右键单击选择 Display Style，在Atoms标签的Coloring部分
14、，把Color by选 项改为Constraint。3D模型文档显示如下： 把Color by选项再改为Element，关闭对话框。这个结构用来 做Pd(110)表面的弛豫，它同时也是优化CO 分子在Pd(110)表面的 启示模型。 从菜单栏中选择 File | Save As.，把它导引到Pd(110)文件 夹中，改文件名为Pd(110)，按下Save按钮。对(1x1) CO on Pd(110)文件夹也重复此操作，但是这一次把文档的名字改为 (1x1) CO on Pd(110)。 再选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。 注意保存计算结
15、果 5弛豫Pd(110)面 现在我们最优化Pd (110)表面。在Project Explorer的Pd (110)文件 夹中打开Pd(110).xsd。从工具栏中选中CASTEP 工具，然后 选择Calculation。按下More.按钮，确定Optimize Cell没有被选中 。关闭对话框。 为了维持我们想要完成的计算的连贯性，我们应该更改 Electronic标签中的一些设置。 选择Electronic tab标签，然后按下More.按钮。从CASTEP Electronic Options对话框中选择Basis标签，勾选上Use custom energy cut-off并且把域植从
16、260.0改为300.0。选择k-points标签 ，勾选上Custom grid参数。在Mesh parameters域中，把a改到3， b改到4，c改到1。关闭对话框。 我们还应该计算此体系的态密度。 选择CASTEP Calculation对话框中的Properties标签，选中 Density of states。勾选上Calculate PDOS，把k-point set改为 Medium。 按下Run按钮，关闭对话框。 改为30 计算的运行会耗费一定的时间，结束后出现如下信息， Pd(110)面 优化前Pd(110)面 优化后 从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。我们现在可以构建下一组表面。 6添加CO到1x1Pd(110)表面，优化此结构 我们要使用在(1x1) Co on Pd(110)文件中的结构来进行下面的工作 。 在Project Explorer中，打开(1x1)
