【摘要】 本文针对VASP吸附能计算中的常见误区,系统解答了COF材料吸附能正负判断、离子/原子吸附简化合理性、共吸附结构建模、表面模型收敛性测试等7大关键问题,并提供易文才老师的专业答疑,旨在帮助科研人规避建模错误,提升计算准确性。

在做吸附类课题时,几乎所有科研人都踩过这些坑:

吸附能到底是正还是负?离子吸附能能和原子吸附能直接比吗?同一个位点,不同分子能直接比较吗?模型多大才算合理?NELECT要不要设置?

这些问题看似基础,却决定了你的吸附能“算得准不准”。下面整理了 VASP 学员最常问、也是最容易出错的吸附能问题,并附上易文才老师的专业答疑,帮你快速避免入门常见误区。

1、COF材料在吸附六氟磷酸根的时候,吸附能是正值还是负值

COF材料吸附六氟磷酸根时,吸附能通常为负值,但属于物理吸附。原因在于COF材料的金属活性位点原子配位较为饱和,且六氟磷酸根的正负电荷重合,整体无极性。氟原子一般只能形成一个化学键,而六氟磷酸根不具备如氧原子那样的多键形成能力,难以与活性位点形成强化学键,因此主要表现为物理吸附。

 

2、对于同一个吸附位点,不同分子的吸附能可以直接比较吗?

可以比较。实验上可通过程序升温脱附等方法测定不同分子(如一氧化碳、甲醇)在同一吸附位点上的脱附能,从而对其吸附能进行比较。

 

3、vasp通常把离子吸附简化为原子吸附,这样是否合理?是否需要设置nelect

通常是合理的。因为固体具有大量电子,吸附离子后电子会趋于共有化,关键在于评估吸附原子与衬底之间的成键作用。

设置NELECT在多数电池相关研究中并未采用,包括氢氧根等离子的吸附能计算,主要关注氧与衬底之间的成键及能量释放,与电荷关系不大。但若需设置NELECT,则必须使用。

 

4、共吸附结构的建模如何考虑吸附质之间的相互作用

可通过增大超胞尺寸(如2×2、3×3、4×4)进行吸附能计算,观察吸附能随尺寸增大是否收敛。较小超胞中相邻周期内的分子间相互作用较明显,增大尺寸可减弱这种影响。

 

5、计算吸附能时,如何确保表面模型的大小和层数是合理的?

需进行收敛性测试,分别计算三层、四层、五层等不同层数下的吸附能,直至吸附能变化不再显著,即可确定合理的层数。

 

6、如果材料表面有空位的话,会对吸附产生怎样的影响

表面空位对吸附有显著影响。例如,氧终端的二氧化钼表面对异丙醇无吸附能力,因氧原子电子密度高,与羟基排斥;但若存在氧空位,则会与羟基发生作用。空位类型影响不同:金属氧化物表面若为金属原子缺陷,通常会抑制吸附;若为氧缺陷,则金属暴露,吸附能通常增大。


7、离子/原子吸附中设置NELECT的问题补充说明

锂离子吸附通常按中性原子处理,重点在于评估离子与固体表面的结合作用及能量降低。固体电子数量大,吸附离子与吸附原子的差异不大。

实际计算中,若在较大真空层(如15×15×15 Å)中对锂原子设置NELECT添加电荷,能量可能难以收敛,因相邻周期的锂离子间存在电场排斥。除非使用点电荷背景校正(如SCP C),否则能量不易收敛。多数情况下,无需特别处理电荷,因吸附能评估主要关注原子与表面间的成键作用。

 

如果你在这些问题中发现不少是你也正在经历的,那说明你可能正处于VASP 入门阶段最容易迷茫的地方——模型搭建、能量计算、收敛性判断。这些内容通过自学往往要半年,而系统跟着老师走一遍,也许两周就能打通。

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专题二:材料热力学与动力学计算、材料电子结构计算

专题三:材料力学与介电性质计算、材料光学与压电性质计算

 

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