碳量子点氨基官能化光致发光机理研究(J PHYS CHEM LETT, 2019)

Posted · Add Comment

具有亮红色光致发光(PL)的碳量子点显著拓宽了它们在生物和光电子领域的应用，悉尼大学Evgeny V. Kundelev与香港城市大学Andrey L. Rogach课题组，提出理论模型成功预测碳量子点的氨基官能化不仅让红光偏移到更长波长，而且能够保持碳量子点基础辐射跃迁较强的振子强度。该模型考虑了氨基官能化碳量子点的光学相应，而这是由类似分子的稠环芳烃子亚单元决定的，其中有1~3个氨基修饰于碳量子点表面。 这些亚单位的激发态的具有鲜明特征：氨基和碳量子点的碳芯之间的强电荷分离。这导致了碳量子点光发射的斯托克斯位移。碳量子点表面的氨基数量越大，斯托克斯位移越强。该理论模型解释了实验观察了碳量子点光致发光对激发波长的依赖性。 所有理论计算使用AMS种ADF模块完成，溶剂化效应对发光的影响，使用COSMO溶剂化模型考虑。 Evgeny V. Kundelev, Nikita V. Tepliakov, Mikhail Yu. Leonov,Vladimir G. Maslov, Alexander V. Baranov, Anatoly V. Fedorov, Ivan D. Rukhlenko, Andrey L. Rogach,  Amino Functionalization of Carbon Dots Leads to Red Emission Enhancement, J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 17, 5111-5116

Read More

表面等离激元促使温和条件下纯水固氮(JACS, 2019)

Posted · Add Comment

模拟自然中的固氮环境(相似的环境压力、室温、纯水和入射光)能对未来氮转化提供有效途径。N≡N键的热裂解能非常高，在温和条件下，氮的还原通常经历缔合交替或远端途径，而非通过解离机制。中国科技大学熊宇杰课题组报道，在水与光照条件下，表面等离激元能够为N2解离提供足够的活化能，并通过原位同步辐射的红外光谱和近环境压强下X射线光电子能谱得到证实。 理论模拟表明，表面等离子体增强对电场的增强，以及等离子体热电子、界面杂交可能在N≡N解离中起重要作用。尤其是AuRu芯-天线纳米结构的活性位点以及更宽的光吸附截面，导致在室温和2 atm压力下，在没有任何牺牲试剂的情况下，达到了101.4 μmol/(g·h)的氨生成速率。本项研究成果突出了表面等离激元对惰性分子活化的意义，为开发新型催化体系提供了一个有前景的平台。 结构优化计算采用BP86泛函以及DZP大冻芯基组，并使用ZORA标量相对论方法考虑相对论效应的影响。计算电子密度空间分布时，采用BP86/TZP，并使用Unrestricted方法处理开壳层体系（即α与β电子不完全配对体系）。所有计算使用ADF完成。 Canyu HuXing ChenJianbo JinYong HanShuangming ChenHuanxin JuJun CaiYunrui QiuChao GaoChengming WangZeming QiRan Long*Li SongZhi LiuYujie Xiong*, Surface Plasmon Enabling Nitrogen Fixation in Pure Water through a Dissociative Mechanism under Mild Conditions, J. Am. Chem. Soc.2019, 141,19, 7807-7814

Read More

ADF新功能：Unrestricted开壳层片段的EDA-NOCV分析

Posted · Add Comment

AMS2019.205最新片段分析功能，能够精确地计算开壳层片段的键能分析问题。该版本目前还没有正式发布，用户可以下载最新开发版，尝试该功能：https://www.scm.com/support/downloads/development-snapshots/ 旧版对开壳层碎片，是采用近似的方法：计算碎片时，使用Restricted方法，得到能量与空间分布相同的α轨道和β轨道，然后通过人为调整电子占据方式，近似地得到所需的碎片的电子态。这种方法，对某些体系较容易实现，而对一些体系，则相当困难。 新版允许对开壳层片段进行精确的Unrestricted计算，直接沿用碎片的Unrestricted计算的结果，进行EDA、NOCV计算分析。原则上来说，是精确的处理方式，而旧版则是近似处理的方式。这里我们以Sr(CO)8为例，演示该功能的使用。 该体系相关文献，参考：钙锶钡配合物也遵守18电子规则(Science, 2018）。 请注意该文献使用旧版AMS计算完成，本文使用更精确的新方法重新计算，因此结果略有差别，但对比结果，差异不大。 演示教程参考：https://www.fermitech.com.cn/wiki/doku.php?id=adf:openshellftagmentanalysis_new    

Read More

混合沉积法制备二维有机半导体提升场效应晶体管载流子迁移率（Advanced Science, 2019）

Posted · Add Comment

溶液处理的二维有机半导体在光电子、生物传感器方面的应用，是近年的研究热点。但是制备分子取向规则、缺陷密度低的二维有机晶体薄膜仍然面临挑战。香港大学冯宪平课题组与新墨西哥州立大学Paddy Kwok Leung Chan课题组使用超慢剪切法（Ultraslow Shearing Method）制备出高度结晶的C10-DNTT单层晶体。通过表面能计算，证实其动力学Wulff构造生长模式。   得到的无缝、高度结晶单层作为模板，在上面热沉积另一个超薄C10-DNTT结晶单层，这种方式制备的薄膜，其分子取向完全复制了模板的取向。C10-DNTT制备的有机场效应晶体管载流子迁移率可以达到14.7 cm2/V·s，而纯粹的热蒸发法只能达到7.3 cm2/V·s，溶液剪切法为2.8 cm2/V·s。这种简单有效的方法，可能用于大规模制备高性能、低成本电子产品。 载流子迁移率的计算，采用AMS软件中的ADF模块，通过转移积分的计算得到。 Zhiwen Zhou, Qisheng Wu, Sijia Wang, Yu-Ting Huang, Hua Guo, Shien-Ping Feng,* and Paddy Kwok Leung Chan*, Field-Effect Transistors Based on 2D Organic Semiconductors Developed by a Hybrid Deposition Method, Adv. Sci. 2019, 1900775

Read More

高分辨尖端增强拉曼散射图像解析分子结构的理论研究(ACS Nano, 2019; Nat. Commun. 2019)

Posted · Add Comment

单分子振动模式可以通过尖端增强拉曼光谱(TERS)可视化达到原子级分辨率，然而由于缺乏理论方面的解释，与拉曼散射图像的关联仍然存在争议。 尖端增强拉曼光谱(TERS)结合了拉曼散射测量和扫描探针显微技术，它利用金属针尖上的等离子体共振和微小的针尖-基底结的避雷针效应，创造了一个狭窄的近场，大大提高了化学灵敏度和空间分辨率，它能够提供比传统拉曼光谱更为丰富的分子振动信息。TERS被广泛应用于各种研究，包括原位表征，电化学和催化，二维材料和生命科学。锋利的金属针尖能够将等离子体近场限制在非常小的亚分子体积内。尤其当尖端像单原子一样尖锐时，近场限制达到了埃的尺度。与传统拉曼不同，由于近场的高度局域化，拉曼散射信号对尖端位置非常敏感，局域场的梯度影响极为突出，从而导致了其特有的选则定律。对每个振动模式，将拉曼散射强度的变化与尖端位置进行对应，可以在TERS图像中，看到它对应的亮斑样式。   宾夕法尼亚州立大学Lasse Jensen等系统地研究了锚定在Cu(100)底物上的单一Co(II)−四苯基卟啉(CoTPP)分子，实现了这种TERS图像的测定。同时使用AMS软件中ADF软件的含时密度泛函理论（TDDFT）计算在这种埃尺度近场条件下分子的极化率，其中针尖与小分子体系使用Discrete Interaction Model /Quantum Mechanics (DIM/QM)方法处理。     作者采用局域拉曼极化率密度积分方法（利用TDDFT得到的原子极化率与近场强度）直观地解释了实验拉曼散射图像的来源，阐明了近场局域化与场梯度对分辨率的影响，该稳定结构的拉曼散射图像与实验结果一致。 原子级分辨率的CoTPP拉曼散射图像中为理解分子振动奠定了基础，揭示了TERS对微观结构表征的潜力。   Chen, X.; Liu, P.; Hu, Z.; Jensen, L. High-Resolution Tip-Enhanced Raman Scattering Probes Sub-Molecular Density Changes. Nat. Commun. 2019, 10, 2567 Liu, P.; Chen, X.; Ye H.; Jensen L., Resolving Molecular Structures with High-Resolution Tip-Enhanced Raman Scattering Images, ACS Nano, […]

Read More

石墨相氮化碳g-C3N4量子点依赖pH值的光致发光机理研究（Advanced Theory and Simulations, 2019）

Posted · Add Comment

石墨相氮化碳g-C3N4量子点是一种被广泛研究的荧光材料，其光致发光特性体现出pH值依赖性。然而不同的实验中，观察到性能相反的变化趋势，其机理尚不清楚。东南大学王金兰教授课题组基于含时密度泛函理论（TDDFT）和非绝热分子动力学模拟，提出中性和酸性条件下g-C3N4量子点光吸收与辐射/非辐射复合的协同机制。特别是在弱酸性条件下，g-C3N4量子点的强光吸收和弱非辐射复合，导致荧光发射较强。而在强酸性条件下，虽然光吸收仍然很高，但快速的非辐射电子空穴复合大大降低了激发态的布居，从而导致荧光猝灭。 N原子的质子化作用改变了跃迁通道的轨道组成和前线分子轨道重叠，从而调节了辐射和非辐射复合之间的竞争以及发光性能。此外，不同官能团的g-C3N4量子点的吸收和发射特性的变化趋势没有明显变化，这表明了该机理解释的普适性。DFT/TDDFT计算采用ADF，分子动力学模拟采用NAMD完成。 Zhaobo Zhou, Xianghong Niu, Liang Ma, Jinlan Wang, Revealing the pH‐Dependent Photoluminescence Mechanism of Graphitic C3N4 Quantum Dots, Advanced Theory and Simulations, 2019, 2, 1900074

Read More

ReaxFF分子动力学模拟药物释放过程（Phys. Chem. Chem. Phys., 2019）

Posted · Add Comment

最近，一项实验和计算模拟联合研究表明，ReaxFF可以真实地描述功能化的金纳米颗粒，从理论上理解和预测抗生素的释放。这为ReaxFF分子动力学模拟辅助开发可控的纳米粒子原位药物释放带来了希望。 作者使用ReaxFF对共轭壳聚糖-庆大霉素官能化的金纳米粒子在水溶液中的动力学行为进行模拟，研究了基质包埋对抗生素抗菌活性的结构和动力学影响及其释药机理。 模拟体系：约200000个原子（水分子：40000）。图中：柠檬酸盐（棕红色分子）、壳聚糖（浅蓝色分子）和庆大霉素（绿色分子）。 S. Monti, J. Jose, A. Sahajan, N. Kalarikkal, and S. Thomas, Structure and dynamics of gold nanoparticles decorated with chitosan–gentamicin conjugates: ReaxFF molecular dynamics simulations to disclose drug delivery, Phys. Chem. Chem. Phys. 2019,21, 13099-13108

Read More

工业聚合物制备锂离子电池新型电极材料的理论筛选(Ionics, 2019)

Posted · Add Comment

有机聚合物具有较低的溶解性、较低的自放电速率、较高的机械强度、较高的柔韧性、优异的热稳定性和通用性，有可能成为锂离子电池的电极材料。 北京工业大学孙少瑞课题组计算了文献报道的11种锂离子电池的聚合物电极材料的 ΔEpoly，并与实验值线性拟合得到经验公式： 然后利用半经验公式对未知材料进行预测。考虑到材料的电位、容量和带隙，选择了三种理想的电极材料（16、17、23）。通过对这三种理想电极材料进一步研究发现，LUMO能量越低、杂原子/取代基的电负性越强、材料的电位越高，越有利于设计新型聚合物电极材料。 本文采用AMS软件中的BAND模块完成计算，对于一维周期性体系的计算，由于基组和周期性边界条件的差异，BAND的计算效率与精度，均高于平面波程序。 Huili Lu, Jun Yu, Ge Chen, Shaorui Sun, Theoretical screening of novel electrode materials for lithium–ion batteries from industrial polymers, Ionics (2019)

Read More

原位观察活性MoS2模型催化剂加氢脱硫（Nature Comm.，2019）

Posted · Add Comment

加氢脱硫工艺是化学工业的基石之一，从石油中将有害的硫脱除，生产出清洁的碳氢化合物。MoS2纳米岛的边缘是催化活性位点，反应压强5-160 bar，温度260-380 ℃。到目前为止，还不清楚这些苛刻的条件如何影响催化剂的结构。因此荷兰莱顿大学Rik V. Mom等人利用高压扫描隧道显微镜，成功地原位观察了该反应条件下活性MoS2模型催化剂。结果表明，MoS2纳米岛活性边缘区的硫、氢和烃覆盖情况随气体环境的变化而变化。通过与密度泛函理论计算结果进行比较，作者提出CH3SH脱硫过程中的优势边结构吸附了硫和CH3SH的混合物。 MoS2 edge structure in various gas environments. The bottom panels (d, e, f) show the original images, which were differentiated (in the fast scanning direction) to highlight the atomic contrast. The top panels (a, b, c) depict the averaged edge unit cell obtained from the bottom panels (d, e, f). […]

Read More

Amsterdam Modeling Suite（原名ADF）2019新版发布

Posted · Add Comment

AMS新增功能 巨正则系综蒙特卡洛（GCMC） 内反应坐标（IRC）扫描 选模振动分析（Mode Selective Vibrational Analysis） 热力学性质（理想气体模型） 简正模PVDOS 分子动力学：分子碎片成分分析 分子动力学：分子枪（分子入射）、分子沉降（模拟过程中移除某些产物） PLUMED：分子动力学分析、多种自由能计算 Collective Variable-driven Hyperdynamics (CVHD) 注意：这些功能，在AMS所有计算模块中均能使用。例如DFTB的分子动力学模拟，也能像传统的ReaxFF分子动力学模拟那样，得到分子数量变化曲线。GCMC模拟在各个模块中均可使用。 GUI 聚合物建模 不同谱图的重叠比对 ADF 新QTAIM与Conceptual DFT AOResponse: 考虑旋轨耦合的极化率、Raman光谱 DRF梯度 Unrestricted开壳层EDA-NOCV BAND DFT-1/2方法得到更好的带隙 SM12溶剂化方法 DFTB GFN1-xTB方法：可以通过ADFView查看分子轨道 改善了SCC收敛性 MOPAC 并行化优化 ReaxFF ADFtrain: 力场优化训练集生成的辅助工具 OpenMP并行技术 COSMO-RS 聚合物热力学性质 新的蒸汽压预测方法

Read More
 
  • 基于离域激子特性实现完全可逆的单超原子光电子开关研究背景 在信息技术飞速发展的背景下，电子器件正朝着微型化、集成化、多功能化、智能化及网络化方向不断演进。其中，微型化与集成化是支撑这一趋势的关键基础。从原子与分子尺度出发构建功能器件，不仅顺应了器件尺寸持续缩小的需求，也为在原子层面探索材料的本征特性与量子效应提供了独特平台。团簇作为介于原子、分子与宏观凝聚态物质之间的新兴结构层次，是由数个至数千个原子、分子或离子通过物理或化学作用形成的稳定微观聚集体。它们具备精确的化学组成与原子排列，表现出显著的量子尺寸效应与类分子特性。原子精度可控的配体保护金属纳米团簇不仅保留了裸团簇的类分子电子结构，还具有制备工艺简便、环境稳定性高等优点，被视为在室温条件下实现单分子光电子器件大规模制备最具潜力的功能材料之一。 研究内容 扬州大学裴玮副教授和华南师范大学周思教授课题组合作，采用含时密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，以双膦配体保护的 Au13 超原子团簇为母体结构，通过掺杂原子与 Au12 空笼间的电子耦合诱导形成独特的超原子构型，从而改变了光激发过程中电子转移的能垒。具有 18 个价电子的超原子团簇表现出显著的激子离域特性，并因此产生较大偶极矩。通过与金电极经由卤化物连接体实现共价键合，所构建的单团簇结在低栅压（0.50 [...]
  • 交错磁中相干隧穿磁阻的异常厚度缩放特性研究背景 磁隧穿结（MTJ）是自旋电子学中的基本组成部分，通过巨磁电阻效应实现非易失性存储功能。减小 MTJ 厚度是提升存储密度、高速操作和自旋轨道耦合效率的关键。最近，新型磁体–交错磁（AM）材料因具有在实空间和动量空间中的交替自旋极化受到了广泛关注，它们表现出巨大的自旋劈裂而不具备净磁矩，成为超紧凑型 MTJ 集成的理想平台。在传统 MTJ 中，隧穿磁阻（TMR）通常会随着势垒厚度的增加而增大，这是因为反平行态下电子的隧穿衰减速度比平行态更快。本工作揭示了一种在交错磁隧穿结（AMTJ）中 TMR 随着势垒厚度增加而减小的反常规律，这是由于交错磁的能带中自旋简并部分形成了一条在反平行态下无法被抑制的隧穿通道，该现象进一步在二维 V2Te2O/Cr2Se2O/V2Te2O 和 V2Te2O/ZnSe/V2Te2O AMTJ 中得以验证。 研究内容 本文首先对 AMTJ 的 TMR 随着厚度变化的物理机理进行理论分析并提出双势垒模型，将自旋劈裂的费米面分为外部区域 A 和中心区域 B。在 AP 配置中，左右电极的 Néel 矢量是反平行的，区域 A 的自旋匹配问题使得该区域的电子透射可以有效抑制，被称为有效区域。而区域 B 的传输通道在 AP 配置下仍然保持开启，因为自旋分裂的两个费米面重叠，形成了一个自旋简并的传输通道，在 P 和 AP 状态下都保持开放，也被称为无效区域。根据隧穿理论，TMR 随着中间层厚度的变化可以用以下公式表达： 其中 kA 和 kB 分别为区域 A 和区域 B 的衰减系数。本文探讨了两种情景下的 TMR 行为：当 kA 小于 kB 时，TMR 随势垒厚度增加而增加，符合传统的缩放规律；而当 kA 大于 kB 时，表现为反常的缩放现象。 图1.（a）传统 MTJ 和（b）AMTJ 中的隧穿机制；（c）平行态配置中，区域 A 和 B 的电子态都参与隧穿；（d）反平行配置中，区域 A 的电子态传输被抑制，但区域 B 的电子态仍有传输。 随后采用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，研究具有不同势垒厚度的 V2Te2O/Cr2Se2O/V2Te2O 和 V2Te2O/ZnSe/V2Te2O AMTJ 器件以验证这一反常规律。首先，通过计算能带结构，V2Te2O 和 Cr2Se2O 分别为二维交错磁金属和交错磁半导体，且均具有 d 波各向异性。 [...]
  • 保留髋关节骨骼的定制植入物设计概述 髋臼骨溶解是髋关节置换术的常见并发症，由于植入物周围骨质流失导致松动将影响长期疗效。骨质流失的原因包括金属对聚乙烯轴承的磨损和假体周围感染，引发炎症从而破坏骨组织。 传统的 X 射线难以有效检测骨溶解，限制了骨质流失的早期识别，而 CT 扫描为规划翻修治疗评估骨质流失则更精准。英国皇家国家骨科医院（RNOH）的 Simpleware 软件用户通过 3D 打印的定制植入物重建严重的骨缺损并恢复丢失的骨结构。RNOH、Synopsys 和 implantcast [...]
  • 解析燃料与载氧体的相互作用：化学链燃烧中H2、CH4和CO在掺杂铁基载氧体表面位点特异性吸附机理与驱动机制研究研究背景 反应物在固体表面的吸附行为是研究反应机理的关键。在化学链燃烧中，铁基载氧体通过氧化还原反应传递晶格氧实现燃料高效利用。过渡金属掺杂可显著提升其反应活性，但掺杂引起的微观结构变化对H₂、CH₄、CO 等小分子燃料吸附行为的影响机制尚不明确。本研究采用 DFT 计算，系统研究气体分子在纯相及过渡金属掺杂铁基载氧体表面的吸附能、电子结构和相互作用机制。 研究内容 采用 AMS 计算软件中 BAND [...]

  • 标签

    3D打印 ABAQUS ADF AMS ATK Workshop BAND COSMO-RS DES DFT EDA EDA-NOCV NanoLab NMR NOCV OLED QATK Highlight QuantumATK reaxff Simpleware SOC SOCME TADF TDDFT ZORA 二维材料 催化 分子动力学 半导体 反应分子动力学 太阳能电池 密度泛函 工业 微电子 数字岩石 深共晶溶剂 溶解度 热解 燃烧 电声耦合 能量分解 自旋轨道耦合 迁移率 钙钛矿 镧系元素 骨科

  • 关于费米科技

    费米科技以促进工业级模拟与仿真的应用为宗旨，致力于推广基于原子级别模拟技术和基于图像模型的仿真技术，为学术和工业研究机构提供研发咨询、软件部署、技术攻关等全方位的服务。费米科技提供的模拟方案具有面向应用、模型新颖、功能丰富、计算高效、简单易用的特点，已经服务于众多的学术和工业用户。

    欢迎加入我们！（点击链接）

  • 最近更新

  • 联系方式

    • 留言板：点击留言
    • 邮箱：sales_at_fermitech.com.cn
    • 电话：010-80393990
    • QQ： 1732167264

  • 订阅费米科技新闻

    • 邮件订阅：
      您可以使用常用的邮件地址接收费米科技定期发送的产品更新和新闻。
      点击这里马上订阅！
    • 微信订阅：
      微信扫描右侧二维码。
    •