Ex60 吸附能的计算(五)

前面我们发现将p(1x1)-Cu(111)的表面扩展成p(2x2)后,由于O的覆盖度降低了,O原子的吸附能能+1.2 eV降低到 0.2 eV作用,说明O原子更加容易吸附在表面上了。当你仔细观察p(2x2)的表面,你会发现,表面上不仅仅有Cu原子的上方可以放O原子,还有其他的位点。如下图:

如果我们想分析下不同位点对吸附能的影响,首先我们需要搭建模型,然后重复O原子的吸附优化步骤。本节主要简单介绍一下如何快速搭建不同的吸附位点模型。

1 不同表面位点:

观察不同位点的结构特征,在面心立方金属的(111)表面上有4种不同的位点:

1) Top位,前面已经花了很多时间介绍了,本节就不再啰嗦
2) Bridge位:从名字大家就可以推断这个位点的吸附为两个Top原子的中间。
3) Fcc位和Hcp位:这两个吸附位点都是在三个原子的中心,为hollow位。

那么这两个位点怎么区分呢?

如果表面的Hollow位正下方(即第二层,图中黄色的)有原子,为Hcp位,在第三层的话(图中红色的),则这个hollow为Fcc位。
由于Fcc位点的原子在第三层,离表面最远(far),大家把英文单词的far 和 Fcc位的第一个字母关联起来即可。远的那个就是Fcc,近的是Hcp。
注意: Fcc 和 Hcp 分别是 face centered cubic 和 hexagonal close-packed 的缩写。

2 不同位点的吸附模型

怎么搭建Bridge和Fcc,以及Hcp位的吸附模型?

1) Bridge位:

这个位点在两个原子的中心。设两个原子的坐标分别为(x1,y1, z1)和(x2, y2, z2),它们中心得坐标为: (x1+x2)/ 2, (y1+y2)/ 2, (z1+z2)/ 2。在这里,z1和z2 是相等的。所以我们可以通过两个原子的坐标,计算一下中心的坐标,然后按照之前O原子搭建的步骤,添加O原子的Bridge位的坐标即可。
2) Fcc位和Hcp

  • 这两个位点就更容易了,前面我们知道它们正下方分别为第三层和第二层的原子。那么我们在这两层随便取个原子,x和y 方向的坐标就确定了。

  • 关于z方向的坐标,大家可以想象一下,如果O原子从Top位移到Bridge,Fcc和Hcp,由于和O成键的原子多了,也就是O和表面结合地更强了,那么它在z方向的坐标肯定比在Top位上要小。所以在这三个构型的z坐标,我们可以在Top位O的基础上稍微调小一点。那么小多少呢? 一般来说0.1-0.2Å就可以了。

3 使用p4vasp搭结构

前面介绍的方法是直接修改POSCAR来搭建模型,对于O原子的吸附这种简单的模型,大家都还可以胜任,但如果体系复杂了,比如一个苯环,乙醇分子等等,这样我们的计算坐标的工作量就有点大了。此时,p4vasp的优势就开始慢慢显示出来了。

3.1 从Top到Bri

1) 首先,我们要有一个O原子在Top位上的吸附结构
2) 然后选择Top位的原子和相邻的那个原子,(p4vasp选中的结构看起来不是很清楚,见黄圈标出来的那两个)

3) 选则 Edit –> Move Atoms 后会弹出这样的界面:

按照图中的1 2 3依次点击, 你便会获得一个Vector。也就是从5到7号原子的一个向量。

但我们如果按照这个向量平移O原子的话,只会把它从5号原子移动到7号原子上,而不是Bridge的位点。

前面我们说了,Bridge的坐标就是这两个原子连线的中心。所以,我们把Vector减小一半就可以了。

修改完Vector之后,我们便可以移动O原子了。

这里注意

要把前面选中的5 和 7 号原子换成 O,要不然你移动的是 5和7 号原子而不是O。最后点move,效果如下:

这样我们便获得了Bridge的吸附结构。

前面提到,我们在搭建Bridge结构的时候,O原子的坐标可以比Top位的稍微低一些,这个操作怎么实现呢?
1) 首先选中氧原子,
2) 在Vector那一行修改移动的位置即可。如下图:

点击move ,保存POSCAR即可。

3.2 从Bridge 到 Hcp:

1) 选中O原子和Hcp位下面的Cu原子,并获取Vector

2) 修改Vector在z方向的大小。

点击 Move,效果如下:

保存成Hcp对应的POSCAR即可。

3.3 从Hcp到Fcc

1)选中O原子和Fcc的一个原子,获取Vector:

2)修改Vector在z方向的大小,由于Fcc和Hcp的吸附很接近,直接平移即可,也就是z方向大小为0

点击move,最终的Fcc结构,如下图,保存POSCAR。

注意:

保存结构的时候,可以自己建对应的文件夹,在文件夹里面将结构保存成POSCAR,也可以保存成类似POSCAR-FccPOSCAR-HcpPOSCAR-Top这一种的名字,计算的时候,将它们重新命名为POSCAR就行了。

总结:

本节,大师兄主要给大家介绍了如何在表面上,使用p4vasp平移原子来搭建不同的吸附位点模型。使用p4vasp搭结构非常方便简单,也会加深你对模型结构的理解,另一方面,使用这一种操作的话准确性更高,搭建出来的模型比自己手动放原子要合理很多。所以强烈推荐大家使用p4vasp