CASTEPPPt詳細(xì)教程 3

1、目的：目的：介紹用CASTEP如何計(jì)算表面上的吸附能。模塊模塊：CASTEP，Materials Visualizer 背景知識(shí)：Pd的表面在許多催化反應(yīng)中都起著非常重要的作用。理解催化反應(yīng)首先是弄清楚分子是如何與這樣的表面相結(jié)合的。在本篇文章中，通過提出下列問題，DFT(二維傅立葉變換)模擬有助于我們的理解：分子趨向于吸附在哪里？可以有多少分子吸附在表面？吸附能是什么？它們的結(jié)構(gòu)像什么？吸附的機(jī)制是什么？ 我們應(yīng)當(dāng)把注意力集中于吸附點(diǎn),既短橋點(diǎn)，因?yàn)楸娝苤鞘走x的能量活潑點(diǎn)。而且覆蓋面也是確定的(1ML)。在1ML覆蓋面上CO分子互相排斥以阻止CO分子垂直的連接在表面上?？紤]到(1x1)

2、和(2x1)表面的單胞，我們將要計(jì)算出這種傾斜對(duì)化學(xué)吸收能的能量貢獻(xiàn)。 緒論緒論:在本指南中，我們將使用CASTEP來(lái)最優(yōu)化和計(jì)算數(shù)種系統(tǒng)的總體能量。一旦我們確定了這些能量，我們就可以計(jì)算CO在Pd(110)面上的化學(xué)吸附能。 本指南包括：1準(zhǔn)備項(xiàng)目2最優(yōu)化Pd3構(gòu)造和優(yōu)化CO4構(gòu)造Pd(110)面5RELAXING Pd(110)面6添加CO到1x1 Pd(110)，優(yōu)化此結(jié)構(gòu)7設(shè)置和優(yōu)化2x1Pd(110)面 8分析能量 9分析態(tài)密度 1準(zhǔn)備項(xiàng)目準(zhǔn)備項(xiàng)目 本指南包含有五種明顯不同的計(jì)算。為便于管理項(xiàng)目，我們先在項(xiàng)目中準(zhǔn)備五個(gè)子文件夾。 在Project Explorer的根圖標(biāo)上右鍵單擊，

3、選擇New | Folder。再重復(fù)此操作四次。在New Folder上右鍵單擊，選擇Rename，鍵入Pd bulk。在其它的文件上重復(fù)此操作過程，把它們依次更名為Pd(110)，CO molecule，, (1x1) CO on Pd(110)，和 (2x1) CO on Pd(110). 2 2最優(yōu)化最優(yōu)化bulk Pd Materials Studio所提供的結(jié)構(gòu)庫(kù)中包含有Pd的晶體結(jié)構(gòu)。 在Project Explorer中，右鍵單擊Pd bulk文件夾并且選擇Import.，從Structures/metals/pure-metals中導(dǎo)入Pd.msi。 顯示出bulk Pd的結(jié)構(gòu)

4、，我們把顯示方式改為Ball and Stick。在Pd 3D Model document中右鍵單擊，選擇Display Style，在Atoms標(biāo)簽中選擇Ball and Stick，關(guān)閉對(duì)話框。 現(xiàn)在使用CASTEP來(lái)優(yōu)化bulk Pd。 從工具欄中選擇CASTEP ，再選擇Calculation或菜單欄中選擇Modules | CASTEP | Calculation。 CASTEP對(duì)話框如下： 把Task從Energy改為Geometry Optimization，按下More.按鈕，在 CASTEP Geometry Optimization對(duì)話框中選中Optimize Cell選

5、項(xiàng)。按下Run鍵。出現(xiàn)一個(gè)關(guān)于轉(zhuǎn)換為原胞的信息框，按下yes。 工作遞交后，開始運(yùn)行?，F(xiàn)在我們應(yīng)該進(jìn)行下一步操作，構(gòu)造CO分子。當(dāng)工作結(jié)束后，再返回此處，顯示晶格參數(shù)。工作完成后，我們應(yīng)保存項(xiàng)目。 選擇File | Save Project，然后再?gòu)牟藛螜谶x擇Window | Close All。在Project Explorer中打開位于Pd CASTEP GeomOpt文件夾中的Pd.xsd。顯示的即為Pd優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)。 在3D Model document中單擊右鍵，選中Lattice Parameters。其晶格參數(shù)大約為3.91 ，而其實(shí)驗(yàn)植為3.89 。 3構(gòu)造和優(yōu)化構(gòu)造和優(yōu)化CO

6、 CASTEP只能處理周期性的體系。為了能夠優(yōu)化CO分子的幾何結(jié)構(gòu)， 我們必需把它放入晶格點(diǎn)陣中。 在Project Explorer中，右鍵單擊on CO molecule，選擇New | 3D Atomistic Document.在3D Atomistic Document.xsd上右鍵單擊，選中Rename。鍵入CO，按下RETURN鍵。 現(xiàn)在顯示的是一個(gè)空3D模型文檔。我們可以使用Build Crystal工具來(lái)創(chuàng)建一個(gè)空晶格單元，然后在上面添加CO分子。 從菜單欄中選擇Build | Crystals | Build Crystal，再選中Lattice Parameters標(biāo)簽，

7、把每一個(gè)單元的長(zhǎng)度a, b, 和 c改為8.00，按下Build按鈕。在3D模型文檔中顯示出一個(gè)空單元。 從菜單欄選擇Build | Add Atoms。 CO分子中C-O鍵的鍵長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)值是1.1283 。通過笛卡兒坐標(biāo)系來(lái)添加原子，我們可以精確的創(chuàng)建此種鍵長(zhǎng)的CO分子。 在Add Atoms對(duì)話框中，選擇Options標(biāo)簽，確定Coordinate system為Cartesian。然后選中Atoms標(biāo)簽，按下Add按鈕。 在Add Atoms對(duì)話框中，把Element改為O，x 和 y的坐標(biāo)值依然為0，把z的坐標(biāo)值改為1.1283。按下Add按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。 現(xiàn)在我們準(zhǔn)備優(yōu)化CO分子。 從

8、工具欄中選擇CASTEP 工具，然后選擇Calculation。 先前計(jì)算時(shí)的設(shè)置依然保留著。盡管如此，我們此次計(jì)算不需要優(yōu)化。 在Setup標(biāo)簽中，按下More.按鈕。勾去Optimize Cell選項(xiàng)。關(guān)閉對(duì)話框。選擇Electronic標(biāo)簽，把k-point set由Medium改為Gamma。 選擇Properties標(biāo)簽，選中Density of states。把k-point set改為Gamma，勾選Calculate PDOS選項(xiàng)。按下Run按鈕。 計(jì)算開始，我們可以進(jìn)行下一步操作。 4構(gòu)造構(gòu)造Pd(110)面面 下面我們將要用到從Pd bulk中獲得的Pd優(yōu)化結(jié)構(gòu)。 從菜單欄

9、中選擇File | Save Project，然后在選中Window | Close All。在Pd bulk/Pd CASTEPGeomOpt文檔中打開Pd.xsd。 創(chuàng)建表面分為兩個(gè)步驟。第一步是劈開表面，第二步是創(chuàng)建一個(gè)包含表面的真空板。 從菜單欄中選擇Build | Surfaces | Cleave Surface，把the Cleave plane (h k l)從( (-1 0 0) )改為( (1 1 0) )，然后按下TAB鍵。把Fractional Thickness 增加到1.5，按下Cleave按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。 此時(shí)，顯示出一個(gè)包含有二維周期性表面的全新的三維模型文檔

10、。 盡管如此，CASTEP要求有一個(gè)三維周期性的輸入體系。我們可以Vacuum Slab工具來(lái)獲得。 在菜單欄中選擇Build | Crystals | Vacuum Slab，把Vacuum thickness從10.00改為8.00。按下Build鍵。 則結(jié)構(gòu)由二維變成三維，把真空添加到了原子上。在繼續(xù)下面的操作前，我們要重新定位一下格子。我們應(yīng)該改變格子的顯示方式并且旋轉(zhuǎn)該結(jié)構(gòu)，使屏幕上的Z軸成豎直狀。 在3D model document中單擊右鍵，選擇Lattice Parameters選項(xiàng)。選擇Advanced標(biāo)簽，按下Reorient to standard按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。 在

11、3D model document中單擊右鍵，選擇在Display Style。然后選中Lattice標(biāo)簽，在Display中，把Style從Default改為改為Original，關(guān)閉對(duì)話框。 按下Up 指針鍵兩次，三維模型文檔如右所示： 把Z坐標(biāo)最大值所對(duì)應(yīng)的Pd原子稱為最高層Pd原子。 在本指南的稍后部分，我們要求知道原子層間的距離do，我們可以通過計(jì)算原子坐標(biāo)來(lái)得到。 從菜單欄中選擇View | Explorers | Properties Explorer，選擇FractionalXYZ中X=0.5，Y=0.5 的Pd原子。注意從XYZ屬性中所獲得的Z的坐標(biāo)值。 Z的坐標(biāo)值應(yīng)為1.3

12、86 ，此既為原子層間的距離。 注意：一個(gè)fcc(110)體系，do 可通過下列公式得到： . 在釋放表面之前，如果僅僅是只需要釋放表面，我們必需要束縛住Pd原子。 按住SHIFT鍵選中所有的Pd原子，不包括最高層的Pd原子。從菜單欄中選中Modify | Constraints，勾選上Fix fractional position。關(guān)閉對(duì)話框。 則剛才所選中的原子已經(jīng)被束縛，我們可以通過改變顯示的顏色來(lái)看到它們。 在3D模型文檔中單擊以取消所選中的原子。右鍵單擊選擇Display Style，在Atoms標(biāo)簽的Coloring部分，把Color by選項(xiàng)改為Constraint。3D模型文檔

13、顯示如右： 把Color by選項(xiàng)再改為Element，關(guān)閉對(duì)話框。從菜單欄中選擇File | Save As.，把它導(dǎo)引到Pd(110)文件夾中，按下Save按鈕。對(duì)(1x1) CO on Pd(110)文件夾也重復(fù)此操作，但是這一次把文檔的名字改為(1x1) CO on Pd(110)。再選擇File | Save Project，然后再選擇Window | Close All。 5釋放釋放Pd(110)面面 現(xiàn)在我們最優(yōu)化Pd (110)表面。 在Project Explorer的Pd (110)文件夾中打開Pd(110).xsd。從工具欄中選中CASTEP 工具，然后選擇Calcula

14、tion。按下More.按鈕，確定Optimize Cell沒有被選中。關(guān)閉對(duì)話框。 為了維持我們想要完成的計(jì)算的連貫性，我們應(yīng)該更改Electronic標(biāo)簽中的一些設(shè)置。 選擇Electronic tab標(biāo)簽，然后按下More.按鈕。從CASTEP Electronic Options對(duì)話框中選擇Basis標(biāo)簽，勾選上Use custom energy cut-off并且把域植從260.0改為300.0。選擇k-points標(biāo)簽，勾選上Custom grid參數(shù)。在Grid parameters域中，把a(bǔ)改到3，b改到4，c改到1。關(guān)閉對(duì)話框。 我們還應(yīng)該計(jì)算此體系的態(tài)密度。 選擇CASTE

15、P Calculation對(duì)話框中的Properties標(biāo)簽，選中Density of states。勾選上Calculate PDOS，把k-point set改為Medium。 按下Run按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。 計(jì)算的運(yùn)行會(huì)耗費(fèi)一定的時(shí)間，我們可以最后做分析。我們現(xiàn)在可以構(gòu)建下一組表面。 從菜單欄中選擇File | Save Project，然后選擇Window | Close All。 6添加添加CO到到1x1Pd(110)，優(yōu)化此結(jié)構(gòu)，優(yōu)化此結(jié)構(gòu) 我們要使用在(1x1) Co on Pd(110)文件中的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行下面的工作。 在Project Explorer中，打開(1x1) Co o

16、n Pd(110)文件中的(1x1) CO on Pd(110).xsd。 現(xiàn)在在short bridge position上添加CO分子。我們要利用的依據(jù)是：CO 在 Pd(110)上的鍵長(zhǎng)已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)所獲得。CO在Pd(110)的yz平面上的幾何結(jié)構(gòu) 右圖中陰影線原子在格子中不顯示：Original display mode。 第一步是添加碳原子。Pd-C鍵的鍵長(zhǎng)(用dPd-C表示)應(yīng)為1.93 。當(dāng)我們使用Add Atom 工具時(shí)，我們即可以使用笛卡兒坐標(biāo)也可以使用分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，但在本例當(dāng)中，我們應(yīng)該使用分?jǐn)?shù)坐標(biāo)xC, yC, 和zC。xC, yC非常簡(jiǎn)單，xC =0，yC =0.5。盡管如

17、此，zC比較困難。我們可以通過zPd-C 和zPd-Pd二者之間的距離來(lái)構(gòu)造它。 zPd-C可從公式 得到(它應(yīng)為1.35 )。 zPd-Pd可以由晶格參數(shù)a0除以2得到(它應(yīng)為2.77 )。 把zPd-C 和 zPd-Pd相加可獲得zC(它應(yīng)為4.12 )?，F(xiàn)在我們把距離改為分?jǐn)?shù)長(zhǎng)度，可以通過晶格參數(shù)(Lattice parameters)工具得到。 在3D模型文檔中單擊右鍵，選擇Lattice parameters。注意c的值。 為了計(jì)算z的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，我們僅需要用晶格參數(shù)c除以zC(結(jié)果為0.382 )。 從菜單欄中選擇Build | Add Atoms，然后選中Options標(biāo)簽。確保C

18、oordinate system為Fractional。選擇Atoms標(biāo)簽，把，把 Element 改為改為 C。把。把a(bǔ)改為0.0，b為0.5，c為0.382。按下Add按鈕。 如果我們想確認(rèn)我們已經(jīng)正確的設(shè)置了模型，可以使用Measure/Change工具。 單擊工具欄中Measure/Change工具 的選項(xiàng)箭頭，然后選擇Distance。在Pd-C鍵上單擊。 下一步是添加氧原子。 在Add Atoms對(duì)話框中，把Element改為O。 在實(shí)驗(yàn)中，C-O鍵的長(zhǎng)度為1.15 。在分?jǐn)?shù)坐標(biāo)中它為0.107，把這個(gè)值添加到碳的z分?jǐn)?shù)坐標(biāo)上( (0.382) )，氧的z坐標(biāo)值為0.489。 把c

19、的域值改為0.489，按下Add按鈕。關(guān)閉對(duì)話框。 Pd最原始的對(duì)稱性是P1，但隨著CO的添加它以改變。我們可以通過Find Symmetry工具來(lái)找到其對(duì)稱性和強(qiáng)加對(duì)稱性(Impose Symmetry)。 在工具欄中選擇Find Symmetry工具 ，按下Find Symmetry按鈕，隨后按下Impose Symmetry按鈕。對(duì)稱性為PMM2。 在3D模型文檔中單擊右鍵，選擇Display Style。選中Lattice標(biāo)簽，把Style改為Default。 結(jié)構(gòu)如右所示： 在優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu)之前，我們先把它保存到(2x1) CO on Pd(110)文件夾中。 從菜單欄中選擇File

20、| Save As.，引導(dǎo)到(2x1) CO on Pd(110)文件。把文檔保存為(2x1) CO on Pd(110).xsd。 現(xiàn)在可以優(yōu)化結(jié)構(gòu) 。 從菜單欄中選擇File | Save Project ，然后選擇Window | Close All。在Project Explorer中，打開(1x1)CO on Pd(110)文件夾中的(1x1)CO on Pd(110) .xsd。從工具欄中選擇CASTEP 工具，然后選擇Calculation。 從先前的計(jì)算中得到的參數(shù)應(yīng)當(dāng)保留。 按下Run按鈕。 在運(yùn)行過程中，我們進(jìn)行最后結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。 7設(shè)置和優(yōu)化設(shè)置和優(yōu)化2x1Pd(110)面

21、面 第一步是打開(2x1) CO on Pd(110)文件夾中的3D模型文檔。 在Project Explorer中，打開(2x1) CO on Pd(110)文件夾中的(2x1) CO on Pd(110).xsd。 這就是當(dāng)前的1x1單元，我們需要使用Supercell工具把其變?yōu)?x1單元。 從菜單欄中選擇Build | Symmetry | SuperCell，把b增加到2，按下Create Supercell按鈕。關(guān)閉對(duì)話框。其結(jié)構(gòu)看起來(lái)如右： (2x1) Cell of CO on Pd(110) 現(xiàn)在我們使CO分子傾斜。 為了簡(jiǎn)化此操作, 定義位于 y=0.5處的分子為 A分子，

22、位于y=0.0 處的分子為B分子。 選擇B分子的碳原子。在Properties Explorer中，打開XYZ屬性，從X域中減去0.6。 對(duì)于B分子的氧原子重復(fù)此操作，但從X域中減去1.2。 選擇A分子的碳原子。在Properties Explorer中，打開XYZ屬性，在X域中增加0.6。對(duì)于A分子的氧原子重復(fù)此操作，但在X域中增加1.2。分子的X軸向下的視圖如右： 盡管如此，我們應(yīng)注意到Pd-C和C-O鍵長(zhǎng)的最初值已經(jīng)改變。 選中A分子的碳原子，使用Properties Explorer，把FractionalXYZ屬性中Z的域值改為0.369。對(duì)B分子重復(fù)上述操作。 此操作在于更正Pd-

23、C的鍵長(zhǎng)。我們可以使用Measure/Change工具來(lái)更正C-O鍵長(zhǎng)。 在工具欄中單擊Measure/Change工具 的選項(xiàng)箭頭，選中Distance。單擊A分子的C-O鍵，在工具欄中選擇3D Viewer Selection Mode工具 ，選擇監(jiān)視窗口(既3D Atomistic Document)。在Properties Explorer中，改變Filter to Distance。把Distance屬性改為1.15 。對(duì)B分子重復(fù)此操作。 現(xiàn)在重新計(jì)算此體系的對(duì)稱性。 在工具欄中選擇Find Symmetry工具，按下Find Symmetry按鈕，隨后再按下Impose Symm

24、etry按鈕?，F(xiàn)在它的對(duì)稱性是PMA2。下面我們來(lái)優(yōu)化它的幾何結(jié)構(gòu)。 從工具欄中選擇CASTEP工具，然后選擇Calculation。 對(duì)于本次計(jì)算，我們需要改變k點(diǎn)的格子參數(shù)，這樣我們可以比較本次計(jì)算和上次計(jì)算的能量值。 選中CASTEP Calculation對(duì)話框中的Electronic標(biāo)簽，按下More.按鈕。選擇k-points標(biāo)簽，把Custom grid parameters改為：a = 2, b = 3, c = 1。關(guān)閉對(duì)話框，按下Run按鈕。 計(jì)算開始。計(jì)算結(jié)束后，在下面的內(nèi)容中我們需要詳細(xì)的摘錄整個(gè)體系的能量。我們可以進(jìn)行下一步，摘錄先前計(jì)算的能量。 8 8分析能量分析能

25、量 在這一部分，我們將要計(jì)算化學(xué)吸收能DEchem，定義如下： 允許CO分子依著彼此傾斜，然后減低分子的自我排斥力，會(huì)導(dǎo)致能量的增加。排斥能可從下面的公式得到： 為計(jì)算這些屬性，我們需要從CASTEP的文本輸出文檔中摘錄每一次模擬的整個(gè)能量。 在Project Explorer中，打開CO molecule/CO CASTEP GeomOpt文件夾中的CO.cst。按下CTRL+F鍵，搜索Final electronic.。向下滑動(dòng)數(shù)行，在下面的表格中記錄下出現(xiàn)在“TOTAL ENERGY IS”此行之后的數(shù)值。重復(fù)此操作，找到其它體系的整個(gè)能量，完成下面的表格。如果獲取了所有的能量值，使用上

26、面的等式很簡(jiǎn)單便可計(jì)算出DEchem and DErep。他們的數(shù)值大約分別為1.9eV和72MeV。 9 9分析態(tài)密度分析態(tài)密度 下面我們要檢查態(tài)密度(DOS)的改變。這會(huì)使我們對(duì)CO在Pd(110).上的連接機(jī)制有更深入的了解。為了做到這一點(diǎn)，我們需要顯示孤立的CO分子和(2x1) CO 在Pd(110)上的態(tài)密度。 在Project Explorer中，打開CO molecule/CO CASTEP GeomOpt文件夾中的CO.xsd。 從工具欄中選擇CASTEP工具，然后選擇Analysis，選中Density of states，選上Partial，不選f 和sum，但其他的選項(xiàng)都

27、保持原先的狀態(tài)。按下View按鈕 。顯示出CO分子PDOS的圖表文檔。如右：對(duì)(2x1) CO on Pd(110).xsd重復(fù)上面的操作。 PDOS of (2x1) CO on Pd(110) PDOS of CO molecule 很明顯，孤立的CO分子的電子態(tài)大約在-20eV, -5eV 和 -2.5eV，比CO約束在表面時(shí)的能量要低一些。 背景 探索任一反應(yīng)的勢(shì)能面需要反應(yīng)過程中每一步的結(jié)構(gòu)和能量(或動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué))的快照。尤其重要的是決定反應(yīng)速度的步驟，它常常涉及到?jīng)Q定著另人難以捉摸的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)。有許多技術(shù)被用來(lái)尋找過渡態(tài)結(jié)構(gòu)，其中非常出名和有效的是(Linear Synchron

28、ous Transit )LST 和(Quadratic Synchronous Transit)QST方法。 本指含蓋內(nèi)容如下： 1 設(shè)置計(jì)算的結(jié)構(gòu) 2 優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu) 3 定義原子配對(duì) 4 使用LST/QST/CG方法計(jì)算過渡態(tài) 1 設(shè)置計(jì)算的結(jié)構(gòu)設(shè)置計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)建Pd (1 1 1)表面，先導(dǎo)入Pd晶體結(jié)構(gòu)。 從菜單欄中選擇File | Import。在structures/metals/pure-metals中選擇Pd.msi。 現(xiàn)在更改此結(jié)構(gòu)的顯示方式。 在Pd.xsd中單擊右鍵，選中Display Style。從Atom標(biāo)簽的顯示方式列表中選擇Ball and Stick。關(guān)閉對(duì)話框

29、。 Materials Visualizer中的Cleave Surface工具允許我們劈開任一個(gè)大塊晶體的表面。 從菜單欄中選擇Build | Surfaces | Cleave Surface。 Cleave Surface的對(duì)話框如右： 把Cleave plane中的米勒指數(shù)從(-1 0 0)改為(1 1 1)。把Fractional Depth設(shè)置為2.0。按下Cleave按鈕。 選擇Surface Mesh標(biāo)簽，設(shè)置表面向量U為0.5 -1 0.5，然后按下TAB鍵。再設(shè)置表面向量V 為0.5 0.5 -1，然后按下TAB鍵。關(guān)閉對(duì)話框。 于是打開了一個(gè)包含2D周期性表面的新的3D模

30、型文檔。盡管如此，CASTEP需要一個(gè)作為輸入的3D周期性體系。我們可以使用Vacuum Slab工具獲得它。 從菜單欄中選擇Build | Crystals | Build Vacuum Slab，把Vacuum thickness從10.00改為7.00。按下Build按鈕。 此結(jié)構(gòu)從二唯周期性變成三唯周期性結(jié)構(gòu)，在原子上添加了一層真空。我們可以移去單胞底部的對(duì)稱性圖形 ，對(duì)稱性圖形同時(shí)也出現(xiàn) 在晶胞的上部。 從菜單欄中選擇Build | Bonds，在Bonding Scheme標(biāo)簽中勾選上Monitor bonding。關(guān)閉對(duì)話框。在Pd (1 1 1).xsd中右鍵單擊，選中Disp

31、lay Style，選擇Lattice標(biāo)簽，把Style 設(shè)置為In Cell。最后，再把Style 設(shè)置為Default。關(guān)閉對(duì)話框。 現(xiàn)在我們可以使用已經(jīng)建造好的Pd (1 1 1)面去構(gòu)造與反映物所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)。Pd (1 1 1)面如下所示： 從菜單欄中選中File | New，選擇3D Atomistic Document。當(dāng)出現(xiàn)提示時(shí)，保存對(duì)Pd (1 1 1).xsd所坐的修改。一個(gè)新的空文檔出現(xiàn)。選中Pd (1 1 1).xsd把它激活。從菜單欄中選擇Edit | Select All，接著再選擇Edit | Copy。 在Project Explorer中選擇3D Atomis

32、tic Document.xsd把它激活。從菜單欄中選擇Edit | Paste。Pd (1 1 1)晶體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在新文檔中。在文檔中某處單擊一下取消所選中的圖形。 在Project Explorer的3D Atomistic Document.xsd上右鍵單擊，選擇Rename，鍵入reactants。添加氫原子： 從菜單欄中選擇Build | Add Atoms。 使用Add Atoms工具可以把原子添加在晶胞指定的位置。 Add Atoms對(duì)話框如右： 在Element文本框中，鍵入H。選擇Options標(biāo)簽，把Coordinate System設(shè)置為Fractional。返回到Atom

33、s標(biāo)簽，設(shè)置a 為0.56, b 為0.47 和c 為0.70。按下Add按鈕。一個(gè)氫原子出現(xiàn)在晶胞中 。 使用相同的步驟，把第二個(gè)氫原子添加到a = 0.47, b = 0.56和c = 0.70位置。關(guān)閉對(duì)話框。提示：當(dāng)我們添加第二個(gè)氫原子時(shí)，Materials Studio會(huì)產(chǎn)生一個(gè)警告信息。這個(gè)警告信息之所以會(huì)出現(xiàn)是因?yàn)槲覀兯砑拥牡诙€(gè)氫原子在第一個(gè)氫原子所定義的公差范圍內(nèi)。在這種情況下，我們建造一個(gè)H-H鍵長(zhǎng)小于1.0的氫分子既可。選擇Yes繼續(xù)添加氫原子 。 一個(gè)H2分子是由鍵長(zhǎng)為0.743的H-H鍵所形成的。氫分子位于和Pd-Pd鍵平行的晶胞中心，距離表面大約4.00。 為了簡(jiǎn)

34、單起見，我們假設(shè)在反應(yīng)期間表面是固定的。為了做到這一點(diǎn)，我們必須約束表面原子保留在當(dāng)前位置。 選擇reactants.xsd中的一個(gè)Pd原子，然后按下ALT鍵，再雙擊選中所有的Pd原子。從菜單欄中選擇Modify | Constraints，確定Pd原子的坐標(biāo)系為分?jǐn)?shù)坐標(biāo)或笛卡兒坐標(biāo) 。反應(yīng)物結(jié)構(gòu) 現(xiàn)在我們來(lái)建造產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。這次，我們要以reactants.xsd的結(jié)構(gòu)為起點(diǎn)。 從菜單欄中選擇File | New，再選中3D Atomistic Document。一個(gè)空文檔出現(xiàn)。選擇reactants.xsd將其激活。從菜單欄中選擇Edit | Select All，隨后再選擇Edit | C

35、opy。 在Project Explorer中選擇3D Atomistic Document.xsd將激活。從菜單欄中選擇Edit | Paste。反應(yīng)物結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在文檔中。在文檔中某處單擊以取消所選中的圖形。 在Project Explorer中的3D Atomistic Document.xsd中右鍵單擊，選擇Rename，鍵入products。建造產(chǎn)物 ：在這一部分我們要使用Properties Explorer來(lái)改變結(jié)構(gòu)中氫原子的位置。 從菜單欄中選擇View | Explorers | Properties Explorer。 在products.xsd中的一個(gè)氫原子上單擊。在Prop

36、erties Explorer中，顯示處FractionalXYZ坐標(biāo) 。查找位于0.47 0.56 0.70的氫原子，在FractionalXYZ的文本框中雙擊，把分?jǐn)?shù)坐標(biāo)值改為0.33333 0.66667 0.414103。通過相同的步驟把位于0.56 0.47 0.70的氫原子移動(dòng)到0.666667 0.333333 0.414103。 從菜單欄中選中Build | Bonds，勾選上Bonding Scheme標(biāo)簽中的Monitor bonding。關(guān)閉對(duì)話框。 在此新結(jié)構(gòu)中，晶胞中心的兩個(gè)Pd原子每一個(gè)都有一個(gè)氫原子與其連接，距離大約為1.583。其圖形如右： 注意：反應(yīng)物和產(chǎn)物具

37、有相同晶格參數(shù)。這是必須的，因?yàn)樵贑ASTEP中應(yīng)用的LST/QST版本不考慮晶格參數(shù)的改變。盡管如此，只要你感興趣的是那些晶胞改變并不重要的過程，例如在表面的反應(yīng)，原子擴(kuò)散和在體積中的空缺等，那么它的局限性就不是很明顯。 2 優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu) 正如我們已經(jīng)討論的那樣，反應(yīng)物和產(chǎn)物的cell parameters必須相同?；诖朔N原因，任何優(yōu)化僅涉及晶胞種原子的位置。而且我們可以認(rèn)為反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)和原先一樣，所以我們不需要優(yōu)化它們的結(jié)構(gòu)。 確定products.xsd文檔處于激活狀態(tài)。從工具欄中選擇CASTEP 工具 ，然后選擇Calculation或者從菜單欄中選擇Modules | CASTEP

38、 | Calculation。CASTEP Calculation對(duì)話框如右所示： 下面我們開始優(yōu)化它的幾何結(jié)構(gòu)。 把Task 改為Geometry Optimization。把Quality改為Medium。 選擇Electronic標(biāo)簽，把k-point set設(shè)置為Gamma。 按下More.按鈕，然后選擇SCF標(biāo)簽。把Charge設(shè)置為0.4。按下和此選項(xiàng)先相關(guān)的More.按鈕，把DIIS history list 改為5。 返回SCF標(biāo)簽，確定沒有選上Fix occupancy選項(xiàng)。關(guān)閉對(duì)話框。 我們也可以指定工作控制選項(xiàng)，例如實(shí)時(shí)更新。 選擇Job Control標(biāo)簽。按下More

39、.按鈕，在CASTEP Job Control Options對(duì)話框中，把Update interval 改為30.0秒。關(guān)閉對(duì)話框。 如果你在另外的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行工作，你同樣可以在Job Control標(biāo)簽中如此選擇。 按下Run按鈕。關(guān)閉CASTEP Calculation對(duì)話框。 很快，在Project Explorer中出現(xiàn)了一個(gè)新文檔。它包括計(jì)算的所有結(jié)果。一個(gè)Job Log窗口顯示出來(lái)，它包括工作的狀態(tài)。你也可以從Job Explorer中獲得此信息。 從菜單欄中選擇View | Explorers | Job Explorer。Job Explorer顯示的和當(dāng)前項(xiàng)目相關(guān)的任何激活

40、的工作的狀態(tài)。它所顯示的有用信息包括服務(wù)器和工作識(shí)別數(shù)字。我們也可以使用Job Explorer來(lái)停止工作。 當(dāng)工作進(jìn)行時(shí)，打開了四個(gè)關(guān)于工作狀態(tài)的文檔，它們分程傳遞信息。這些文檔包括顯示在優(yōu)化過程中模型更新時(shí)的晶體結(jié)構(gòu)，傳遞工作設(shè)置參數(shù)信息和運(yùn)行信息的狀態(tài)文檔，總體能量圖和能量，F(xiàn)orces, Stress 的收斂以及起重復(fù)數(shù)作用的位移。 同樣，激活同樣，激活reactants.xsd文檔，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。文檔，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。3 定義原子配對(duì) 對(duì)CASTEP來(lái)說，為了完成過渡態(tài)搜索，反應(yīng)物文檔和產(chǎn)物文檔中的所有原子都需要配對(duì)。此任務(wù)可以使用Reaction Preview工具來(lái)完成，此工具可從工具欄中得到。第一步，我們應(yīng)并排顯示反應(yīng)物和產(chǎn)物。 從菜單欄中選擇Window | Tile Vertically。 現(xiàn)在，我們開始使反應(yīng)物和產(chǎn)物中的原子配對(duì)。 從菜單欄中選擇Tools | Reaction Preview。其對(duì)話框如右： 分別選擇reactants.xsd和products.xsd為反應(yīng)物和產(chǎn)物。單擊Match.按鈕。顯示出Find Equivalent Atoms對(duì)話框。我們應(yīng)從最開始看此對(duì)話框，沒有原子匹配和8個(gè)原子不能匹配。單擊