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adf:moleculargun1

案例:水分子在石墨烯表面形成水簇的模拟(分子入射、沉积)

本文说明,如何使用ReaxFF的Molecular Gun功能模拟在二维表面,原子、分子以一定频率、速度(即温度)从外界入射到二维表面,在表面沉积、反应或凝聚的过程。此处以水分子在石墨烯表面的行为为例进行说明。

石墨烯建模

二维表面的建模,参考费米维基:创建固体表面,并均匀加入其它气体、液体分子中“创建固体表面”。本文中创建石墨烯的过程如下:

在Input窗口,切换到ReaxFF模块,并创建晶体结构,选择石墨烯:

此处可以对石墨烯的元素、结构参数进行修改:

但本例中不做修改,直接点OK。同时弹出提示将要平移晶格,同样点击OK即可。得到石墨烯的原胞。我们需要做一个大一点的二维表面,因此需要做超胞,但因为我们希望做的是二维体系,因此做超胞的时候,C方向重复单元个数填写为1,A、B方向重复10个单元:

如此,得到两层石墨烯,那么我们只需要一层,所以删掉任意一层(选中其中一个原子,按ctrl m键,再按del键即删除掉该原子所在层),得到一层石墨烯如下:

点击Model > Lattice修改Z方向的数值(这是分子动力学模拟的Cell的尺寸)到60埃左右,如下图所示:

添加入射水分子

View - Periodic - Show Unit Cell显示盒子。在适当的位置添加一个水分子。基本的分子建模,参考AMS的基本建模功能(视频)

并将水分子设为一个region,(如何设置region,参考如何创建分区),例如名为Region_1

设置Molecular Gun

点击Model > Molecular Gun:

其中:

  • Add molecules from Region_1:表示Region_1(也就是水分子)是入射分子(当然原子、团簇都是可以的)
  • Add at:表示入射的位置,选择z表示入射的高度固定为当前高度,在xy平面随机分布。其他选项参考说明(鼠标悬停,就会显示该参数的说明)
  • Temperature:表示入射分子的速度,折算成温度为300K,温度越高,速率越大
  • Ajust direction:,设置入射方向。选择后,水分子上有红色和黄色小球来代表入射方向,从黄色往红色方向入射。
  • Start at integration:从第多少step开始入射
  • Frequency:每隔多少step入射一次Region_1。注意:这个频率不能太高,例如不能是1000,否则会出现一个分子还没有离开,旁边又出现一个分子,两个分子之间距离过近(比如小于1埃),就会出现巨大的彼此破坏的力量,形成分子碎片。该参数建议设置为3000以上。

其他参数设置(参考费米维基:案例:398K下H2与F2摩尔比1:1的反应(ReaxFF基本参数范例详解)):

保存任务并运行。

分子动力学过程

在ADFinput(或者在ADFjobs中选中该任务之后)点击ADF LOGO > Movie即可显示动力学过程:

起始没有水分子:

水分子逐渐入射、增多

水分子之间,由于氢键作用而形成了小的水簇:

注意:本例中Cell在xy方向尺寸不大,所以继续增大水簇,可能会形成连片的水膜。读者有兴趣,可以增大Steps数继续模拟。本例只进行了40万步,步长为0.25fs。

adf/moleculargun1.txt · 最后更改: 2019/12/18 22:57 由 liu.jun

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