ADF-BAND模块

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band

PbO2的部分态密度分析:相对论与非相对论比较 Pb的6s轨道由于相对论效应而导致的收缩,使得电池电压从2.4V提高到12V。

BAND并行效率非常高。对单胞约700原子(含42个Cu原子、24I原子、288个C原子、60个N原子)的MOF材料,K点取3*3*1,进行高精度能带计算,在16核服务器上耗时约44小时,128核耗时约6小时。

对于1000原子的1维体系,使用PBE泛函、7000个基函数、1个k点(由于体系很大,设置为1个k点是合适的),进行几何优化(CPU:4节点*16核),优化十步后几何结构收敛,耗时10小时。

主要功能:


案例1:

使用BAND进行高质量计算理论计算,合理解释了纳与硫这种特别的助催化剂组合:催化剂的活性相是铁的碳化物,其中碳参与了反应机理;硫原子与铁原子的结合很特别,不会阻挡碳原子,产生了次紧邻相互作用,从而将助催化剂的作用最大化。

纳硫是铁基费-托催化的很好的助催化剂

ACS Catal. 6, 3147-3157 (2016)

BAND能够正确地处理表面的边界条件,因此能够体现助催化剂和/或衬底在垂直于表面的极化效应。表面的计划对催化效果有很大的影响,因为电荷的分布能够左右反应路径。


案例2:

使用PEDA-NOCV研究表面吸附的情况中,分子与表面的成键、键能分解:哪个占据轨道和哪个空轨道成键?成键后轨道的形状如何?键能中Pauli排斥、静电吸引、轨道相互作用能分别为多大?BAND也支持一维、三维周期性体系的PEDA-NOCV。

CO的占据轨道与MgO的空轨道(左,NOCV orbital负本征值所显示的轨道图)形成弱吸附键轨道(右,NOCV orbital正本征值所显示的轨道图)

成键导致的电子转移(半透明显示的NOCV dif densities空间分布图):从红色区域(CO分子整个属于红色区域)转移到蓝色区域(MgO区域以及键轨道区域都属于蓝色区域)


案例3:

BAND不仅可以用于周期性体系的键能分解EDA和NOCV分析,还可以用于非周期性体系(Periodicity:设置为None)。而且比ADF模块更好的是,它允许使用Unrestricted方法计算分子碎片,对高自旋多重度的碎片也能得到正确结果(对于高自旋多重度,例如三重态,ADF模块只能使用Restricted方法计算碎片,而这往往很难收敛到正确的电子态占据方式(例如O2分子基态为三重态,那么O2分子作为碎片的能量分解和NOCV分析,ADF模块就没有办法精确地进行了),对于自旋多重度更高的碎片就更困难了。但如果使用Unrestricted计算高自旋多重度碎片,就很容易了。

H2的占据轨道与O2的空轨道(左,NOCV orbital负本征值所显示的轨道图,因为O2是三重态alpha比beta多2个电子,因此beta的空轨道就参与了成键,吸引H2的电子)形成弱吸附键轨道(右,NOCV orbital正本征值所显示的轨道图)

成键导致的电子转移(半透明显示的NOCV dif densities空间分布图):从红色区域(H2分子整个属于红色区域)转移到蓝色区域(H2与O2之间的键轨道区域属于蓝色区域,O2内部也有红色和蓝色,表示O2内部也有电子的转移。但总的来说H2失去了电子)

 


案例5:

使用BAND的色散修正泛函DFT (revPBE-D3)研究了真空中以及在二氧化硅沉底上的单层石墨烯上,水分子的吸附状态。虽然二氧化硅衬底没有影响石墨烯的电子结构,但将真空石墨烯上,水分子的结合能从207meV增大到257meV。二者吸附结构也不同。

WaterGraphene

Langmuir, 27, 11026-11036 (2011)

 


案例6:

传统的铅-氧化铅电池已经有一个世纪的历史了,能够有实际用途,是由于每个伏打电池单元能够产生2V以上的电压,多个电池串联能够达到驱动电动机,锡化学性质与铅非常相近,但与铅相比,相对论效应小很多,导致锡电池产生的电压也远小于铅。

Physical Review Letters 106, 018301 (2011)

Physical Review Letters 106, 018301 (2011)

本文从理论上阐明了铅、锡以及不存在相对论效应的“假想铅”的巨大差别。


更多信息参考

BAND图形界面的基本使用:NaCl