中科大 Materials Studio 培训教程7(包你学会!)

(2) 建立Pd晶体，结构优化
Materials Studio所提供的结构库中包含有Pd的晶体结构。在Project Explorer中，右键单击Pd bulk文件夹并且选择Import....，从Structures / metals / pure-metals中导入Pd.msi。
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在结构外的任一处单 击左键，取消原子选 择。
属于组的原子被一个网罩 着，这个网可以被移走。 点击该网，选上该组。
在Properties Explorer 内，把Filter 的值设为Set。在Set 的性质列表里有一项叫 做IsVisible。双击IsVisible。在Edit IsVisible 对话框中选择No / False。按下OK。 设定的组不在被网罩着。
从工具栏中选择CASTEP ，再选择Calculation或菜单栏中选择 Modules | CASTEP | Calculation。把Task从Energy改为Geometry
Optimization，按下More...按钮，在 CASTEP Geometry Optimization对话框中选 中Optimize Cell选项。设定本地机运行，按下Run键。
创建一个表面是一个两步过程。首先是要切出一个表面，其次就是创建一个包 含了表面的真空层。 从菜单栏里选择Build | Surfaces / Cleave Surface。把Cleave plane (h k l) 从 (-1 0 0) 改为(1 1 0)，按下TAB 键。把Fractional Thickness 提高至1.5。按下 Cleave 按钮，关闭此对话框。
如果要知道所建立的模型正确与否， 可以使用Measure/Change 工具。 点击与Measure/Change 工具相关 联的选项箭头，选择Distance。点击PdC 键。键长显示为1.928Å，接近实验值 1.93Å。
下一步是添加O 原子。 在Add Atoms 对话框上，把Element 改为O。 C-O 键的实验值是1.15 Å。在分数坐 标系统内，这个值是0.107，把这个值与C 的分数z 坐标值相加，就得到O 的分数z 坐 标值0.489。 把c 的值改为0.489，按下Add 按钮， 关闭此对话框。
点击选上碳原子，按下SHIFT 键，点击氧原子。 在Edit Sets 对话框里，点击New。在Define New Set 对话框里，输入CO DensityDifference， 按下OK。
2. 定义分子片断 打开(1x1) CO on Pd(110)\(1x1) CO on Pd (1 1 0) CASTEP GeomOpt 文件夹里的 (1x1) CO onPd(110).xsd 文件。
这样调整了方向，oc沿z轴方向。
改变晶格显示方式，转动结构使得z-轴在竖直方向。 右击3D 文件，选择Display Style。选择Lattice 标签。在Display style 部分，把Style 由Default改为Original。关闭对话框，3D 结构改变如下：
旋 转
Z 坐标有最大值的的Pd 原子被称为Pd 最上层。 在弛豫表面之前，必须把Pd 内部的原子固定住，因为现在只 需要弛豫Pa 的表面。 按下SHIFT 键，选中除了最上层的Pd 原子之外的所有Pd 原 子。
Pd 的起始对称性是P1，但是 随着CO 分子的引入发生了改变。 可以通过运用Find Symmetry工具 找到并加上对称性。 选择工具条上的Find Symmetry 工具，按下Find Symmetry 按钮，然后按下 Impose Symmetry按钮。 现在的对称性是PMM2。
右击3D 模型文件，选择 Display Style。选择Lattice 标签， 把Style 改为Default。 现在结构如右图所示：
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显示出bulk Pd的结构，我们把显示方式改为Ball and Stick。在Pd 3D Model document中右键单击，选择Display Style，在Atoms标签中选择Ball and Stick，关闭对
话框。
现在使用CASTEP来优化 bulk Pd。为了减少计算量， 将晶胞转换为原胞。
现在开始优化结构。 选择File / Save Project，然后Window / Close All。在Project Explorer 内，打开 (1x1)CO on Pd(110)文件夹内的(1x1)CO on Pd(110).xsd。 选择CASTEP 工具中的Calculation。计算步骤和计算的参数设置见下页。 按下Run 按钮。 注意：Pd的结构已优化过，现在内层原子被固定， 仅其表面一层原子和CO再优 化。
(4). 把CO 分子添加到1 x 1 Pd(110)表面并优化此结构 现在的工作对象是(1x1) Co on Pd(110)文件夹内的结构。在Project Explorer 内，打开(1x1) CO on Pd(110)文件夹内的(1x1) CO on Pd(110).xsd 文件。现在把CO 分子添加到短桥键位置的上方。上一讲已根据实验事实来确 定了键的长度，这里直接使用已有的结构数据。
要计算片断的电荷密度 差，必须首先定义片断。使 用Edit Sets 选项来执行。 首先建立一个含有碳原子和 氧原子的片断。 选择菜单栏里的Edit / Edit sets。
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点击选上碳原子，按下SHIFT 键，点击氧原子。
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在Edit Sets 对话框里，点击 New。在Define New Set 对话 框里，输入CO DensityDifference， 按下OK。 注意在模型(1x1) CO on Pd (1 1 0).xsd 中的CO 分子现 在是加亮的，并且被标记为刚 才设定的名称。不必定义Pd 表 面，因为CASTEP 会自动假设 剩下的原子在计算电荷密度差 别的时候是排除在考虑之外的。 关闭Edit Sets 对话框。
把颜色选项改回Element，关闭此对话框。 这个结构是优化CO 分子在Pd(110)表面吸附的起始模型。
选择工具条中的File | Save As...。浏览到(1x1) CO on Pd(110)文件夹，把文件名改 为(1x1) CO on Pd(110)，按下Save 按钮。 选择File | SaveProject，然后then Window | Close All。
选择菜单栏里的 Build / Add Atoms，选 择Option 标签。确认 坐标系统是Fractional。 选择Atoms标签， 把Element 改为C。把 a 的值改为0.0，b 的 值改为0.5，c 的值改 为0.382。 按下Add按钮。
如果新加的原子没有球状显示，从菜单栏选择view / Display Style / Ball and Stick
工作递交后，开始运行。结束后出现提示 信息。选择File / Save Project保存项目， Window / Close all关闭工作窗口 。
在Project Explorer中打开位于Pd CASTEP GeomOpt文件夹中的Pd.xsd， 显示的即为Pd优化后的原胞结构。由下面步骤恢复Pd优化后的晶胞结构。
一个新的3D 模型文件打开了，它包含了一个二维周期性表面。
然而，CASTEP 需要的是一个3D 周期性系统当作输入文件。这可以通过使用 Vacuum Slab 工具得到。 选择Build / Crystals / Vacuum Slab。把Vacuum thickness 的值从10.00 改为 8.00，注意C轴的方向，按下Build按钮。
在左侧的Properties中选择Lattice 3D，从中可以看到优化后的晶格参数大约 为3.95 Å，其而其实验值为3.89 Å。
File / Save Project保存项目 Window / Close all关闭工作窗口
(3) 构建Pd(110)表面 本部分需要使用来自Pd bulk 部分的优 化后的Pd 结构。 打开Pd bulk/Pd CASTEP GeomOpt 文 件夹里的Pd.xsd。
选择菜单条中的Modify / Constraints。勾选上Fix fractional position，关闭此对话框。
Pd 体内的原子被固定住，可以通过改变显示颜色查看被限制了的Pd 原子。 在3D 模型文件内，点击取消选择原子。右击文件，选择Display Style。在Atom 标 签栏上的Coloring 区域，把颜色选项改为Constraint。 现在这个3D 模型文件如下所示：
(1)．准备项目
在D或E盘中建立class 5文件夹。运行MS，在class 5中建立名为Pd_CO 的Project。
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为便于管理项目，我们先在项目中准备三个子文件夹。在Project Explorer的根图标Pd_CO上右键单击，选择New / Folder。再重复此操作二次。 在New Folder上右键单击，选择Rename，键入Pd bulk。在其它的文件上重 复此操作过程，把它们依次更名为Pd(110)和(1x1) CO on Pd(110)。
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内容: 1. 建立CO在Pd表面的吸附 2. 定义碎片 3. 运算 4. 显示碎片的电荷密度差 1. 建立CO在Pd表面的吸附 本部分与前一个讲义“CO 分子在Pd(110)表面的吸附” 相关联，重复CO表 面吸附模型的构建。(1)建立Pd晶体，结构优化；(2) 构建Pd(110)表面；(3)构建并 优化 Co on Pd(110) 结构。
优 化
优化结束， (1x1)CO on Pd(110)文件夹中有了新文件夹 (1x1)CO on Pd(110) CASTEP GeomOpt。其中的(1x1)CO on Pd(110).xsd就是优化 的结果。
File / save project
Window / Close all
2. 定义分子片断
注意真空层的方向在oc
结构由2D 变为3D，并且一个真空层被加到原子的上方。
真 空 层
C B 旋转此3D图，注意OA、OB、 OC的方向与X、Y、Z三个坐 标轴不同。真空层沿OC方向。
O
A
右击3D 模型，选择Lattice Parameters，选择Advanced 标签，按下Reorient to standard 按钮，关闭此对话框。
Pd(110)面上的CO 分子电荷密度变化
目的：介绍分子吸附在表面时，用 CASTEP 计算电荷密度差。 模块：Materials Visualizer，CASTEP 前提： CO 吸附在 Pd(110) 表面 背景 本讲义将研究相对于孤立的CO 分子和没有被干扰的Pd(110)面而言，CO 分子的成键是如 何影响电子分布的。电荷密度的变化可以用两种方法计算出来。第一个选择就是计算各个分子 碎片的电荷密度。这个方法便于描述如何由较小的体系组成较大的体系。该方法描绘了在发生 化学反应的时候和一个分子吸附到一个表面的时候，电荷密度是如何发生变化的。本例中， CO 分子吸附在Pd(110)面上，电荷密度的变化可以表示为： Δρ = ρCO@Pd(110) - (ρCO + ρPd(110)) 式中ρCO@Pd(110) 是CO + Pd(110)体系的总的电荷密度，ρCO 和ρPd(110)分别是吸附物和基底的未受 干扰的电荷密度。 另一个方法就是根据原子来计算电荷密度： Δρ = ρCO@Pd(110) - Σ (ρi) 这里，下标i 遍及所有原子。这个方法显示了由于形成全部的化学键而导致的电子分布的变化。 该方法便于描述体系的化学键是如何通过原子电荷密度的离域化来形成的。电荷密度的显示有 助于理解化学吸附的过程。分子会选择在哪里吸附？分子为什么会选择在那里吸附？分子稳定 吸附在那里的成键机理是什么？ You will focus on one adsorption site: the short bridge site you studied in the tutorial Adsorption of CO onto a Pd(110) surface.