MS晶体建模基本方法

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软件名称: 
Materials Studio

第一种情况: 从程序自带的各种晶体及有机模型中导入体系的晶胞

1. 打开MS,由file>import>structures>metals\>pure-metals>Fe导入Fe的晶胞。

2. build>Surfaces>cleave Surfaces打开对话框.

    在对话框中输入要建立的晶面(hkl),选择position,其中depth控制晶面层数。

3. 进入build>Supercell,输入A B C的值,得到想要的超晶胞。

4. 到该步骤,我们已经建立了一个周期性的超晶胞。如果要做周期性计算,则应选择build>Crystals>build vaccum slab,其中真空层通常选择10埃以上。如果建立团簇模型则选择build>Symmetry>Non-periodic Structure,去掉模型的周期性,并跟据自己的实际需要删除部分原子,得到想要的团簇模型。

5. 在表面插入分子时通过菜单栏上的几个小图标添加即可。

 

第二种情况: 手动建模,优点是可控制晶格常数。

6. 首先从文献中查到晶体的晶格常数的实验值。

7. 打开build>Crystals>build crystals,可见到对话框。

     在对话框中选择空间群与点群,然后在Lattice Parameter中设置晶胞基矢的长度及夹角。

8. 然后打开build>Add atom,从对话框中输入坐标。这里只需输入几个有代表性的原子的坐标,不必全部输入。在坐标输入前首先在option页面中选择coordinate system,或者分数坐标或者卡迪尔坐标。

9. 以下步骤重复2-5步。

10. 需要注意的是,采取什么样的团簇并不是任意的。原因是很多模型构造出来后在优化过程中往往不收敛。要避免这个问题的办法是查阅文献,参考文献上模型进行选取,因为它们的模型通常是经过试验证实收敛的。

 几点说明 

1. 与高斯相比,dmol3能够计算的体系更大。如果要研究表面的吸附,而模拟表面的团簇模型又比较大,建议采用dmol3。如果计算的是局部化学反应,而体系也不是很大,则可以使用高斯。

2. 关于是否考虑周期性条件的问题

研究金属表面时,团簇计算方法在前些年由于计算量小曾经被广泛的应用过,直到现在也被很多人在使用着,主要被用来计算吸附和多个分子的共吸附等,即不考虑化学键的断裂。 近年来由于国际上计算能力的提升,人们开始考虑周期性条件,这点从JPCAJPCBPRLPRBJACS等杂志上刊出的文章里也可以看出,但是计算量要大很多。

需要注意的是,由于团簇计算方法没有考虑周期性,即在k空间里只计算了Γ点,采用该方法计算表面的化学键的断裂(即表面扩散问题等)时有可能受到质疑。

3.在研究表面时,通常把团簇固定,只优化吸附在表面的分子,这一点可以通过菜单栏上的Modify>Constraint实现。首先选定团簇中需要固定的原子,然后在下面的对话框中打勾。同时也可以在Measurement里固定部分键长和键角。

4. 关于计算参数设置

主要有几个参数需要注意

对于Electronic页面,需要注意的是Core treatment,对于过渡金属原子通常需要考虑相对论效应,因此一般不使用All Electron方法。其他几种方法任选。

    Basis set应为DNPSetup下的Quality一般选fine。为了提高计算速度,一个较好的办法是先用粗糙的Basis setQuality进行优化,然后再提高精度。

还有一个非常重要的选项是Electronic>More>SCF里的Use smearing。这个关键字有助于加快收敛,但是设的多大往往会产生错误的结果,它也相当于允许的误差范围。具体设置办法可参考help

其他的关键字可酌情设置。

 

备注:这里主要是个人的一些经验和心得,如果发现错误欢迎讨论。