这里会显示出您选择的修订版和当前版本之间的差别。
两侧同时换到之前的修订记录前一修订版后一修订版 | 前一修订版 | ||
atk:电池材料lifepo4中锂离子的扩散 [2016/11/02 17:53] – [创建Li(1-x)FePO4结构] dong.dong | atk:电池材料lifepo4中锂离子的扩散 [2018/03/20 22:20] (当前版本) – liu.jun | ||
---|---|---|---|
行 2: | 行 2: | ||
- | < | + | < |
* 导入 < | * 导入 < | ||
行 12: | 行 12: | ||
* 使用简谐近似过渡态理论 (HTST) 计算反应速率 | * 使用简谐近似过渡态理论 (HTST) 计算反应速率 | ||
+ | <WRAP center info 100%> | ||
+ | === 提示 === | ||
+ | **本教程使用特定版本的QuantumATK创建,因此涉及的截图和脚本参数可能与您实际使用的版本略有区别,请在学习时务必注意。** | ||
+ | </ | ||
=====导入 LiFePO4 晶体结构===== | =====导入 LiFePO4 晶体结构===== | ||
VNL 内部数据库没有 < | VNL 内部数据库没有 < | ||
行 55: | 行 59: | ||
在下一节,设置 Li 原子沿着两个不同方向扩散的计算,因此为同一个 Li 原子需要创建一个初始结构和两个末态结构分别沿着 B、C 方向扩撒。 | 在下一节,设置 Li 原子沿着两个不同方向扩散的计算,因此为同一个 Li 原子需要创建一个初始结构和两个末态结构分别沿着 B、C 方向扩撒。 | ||
- | ====创建沿B方向扩散的初、末态结构==== | + | ====创建沿 B 方向扩散的初、末态结构==== |
- | 1,右键点击**Stash**中的结构,并复制两次这样就有了三个一摸一样的结构。 | + | 1,右键点击 **Stash** 中的结构,并复制两次这样就有了三个一摸一样的结构。 |
- | 2,从第一个结构中,像下图所示一样,删除一个Li原子,作为NEB计算的初始结构。可以将其重命名为// | + | 2,从第一个结构中,像下图所示一样,删除一个 Li 原子,作为 NEB 计算的初始结构。可以将其重命名为 // |
{{ : | {{ : | ||
- | 3,双击激活第二个结构,之后重命名为// | + | 3,双击激活第二个结构,之后重命名为 // |
{{ : | {{ : | ||
- | <WRAP center | + | <WRAP center box 100%> |
小贴士: | 小贴士: | ||
- | 这里是在用一个小技巧将Li原子移动到特定位置。在本例中,Li空位到位置通过这个Au原子来确定了。实际上也有几种其它的方法可以创建末态结构。例如,通过拷贝删除掉的那个Li原子的坐标。非常欢迎大家在这里是用其它相关的,你喜欢的方式在此处使用。 | + | 这里是在用一个小技巧将 Li 原子移动到特定位置。在本例中,Li 空位到位置通过这个 Au 原子来确定了。实际上也有几种其它的方法可以创建末态结构。例如,通过拷贝删除掉的那个 Li 原子的坐标。非常欢迎大家在这里是用其它相关的,你喜欢的方式在此处使用。 |
</ | </ | ||
- | 4,选择27号Li原子(也就是近原子沿着B方向相邻的那个原子),使用{{: | + | 4,选择 27 号 Li 原子(也就是近原子沿着 B 方向相邻的那个原子),使用 {{: |
{{ : | {{ : | ||
- | 5,最后,使用Fuse选项,删除掉Au原子,这样末态结构就好了。 | + | 5,最后,使用 Fuse 选项,删除掉 Au 原子,这样末态结构就好了。 |
{{ : | {{ : | ||
+ | |||
====创建沿C方向扩散的初、末态结构==== | ====创建沿C方向扩散的初、末态结构==== | ||
- | 用同样的过程,创建第二个末态结构,如下图所示(本例中是24号Li原子) | + | 用同样的过程,创建第二个末态结构,如下图所示(本例中是 24 号 Li 原子) |
{{: | {{: | ||
=====优化初、末态结构===== | =====优化初、末态结构===== | ||
- | 将每一个结构:initial、final_1、and final_2送到**Scripter**中,三者使用与< | + | 将每一个结构:initial、final_1、and final_2 送到 **Scripter** 中,三者使用与 < |
{{ : | {{ : | ||
- | 另外,本例中可以使用unpolarized GGA.PBE泛函。这样计算速度会快很多,对本例而言,不影响结果的正确性。这里可以下载三个输入脚本: | + | 另外,本例中可以使用 unpolarized GGA.PBE 泛函。这样计算速度会快很多,对本例而言,不影响结果的正确性。这里可以下载三个输入脚本: |
=====创建NEB路径的初始猜测===== | =====创建NEB路径的初始猜测===== | ||
行 105: | 行 110: | ||
4,使用// | 4,使用// | ||
- | =====优化Li扩散路径===== | + | =====优化 Li 扩散路径===== |
- | 现在准备好设置并优化Li在< | + | 现在可以设置并优化 |
- | 1,分别将两个NEB任务从**Stash**送到**Scripter**中。 | + | 1,分别将两个 NEB任务从 **Stash** 送到 **Scripter** 中。 |
- | 2,添加并设定一个{{: | + | 2,添加并设定一个 {{: |
- | 3,添加一个{{: | + | 3,添加一个 {{: |
{{ : | {{ : | ||
- | 4,最后运行两个NEB计算[[http://docs.quantumwise.com/ | + | 4,最后运行两个 NEB 计算 |
<code python> | <code python> | ||
行 151: | 行 156: | ||
</ | </ | ||
<WRAP center round box 100%> | <WRAP center round box 100%> | ||
- | 小贴士: | + | === 小贴士 |
- | + | 通过设置比较大的力收敛阈值,比如 0.08 eV/ | |
- | 通过设置比较大的力收敛阈值,比如0.08 eV/ | + | |
</ | </ | ||
- | ====分析结果 ==== | + | =====分析结果 |
- | 只要计算正确收敛,就能在**LabFloor**中找到加载的内容中找到优化后的// | + | 只要计算正确收敛,就能在 **LabFloor** 中找到加载的内容中找到优化后的 // |
<WRAP center round box 100%> | <WRAP center round box 100%> | ||
- | 小贴士: | + | === 小贴士 |
- | + | 计算结束后,一定不要忘记检查log文件,尤其是要检查是否收敛: | |
- | 计算结束后,永远不要忘记检查log文件,尤其是要检查是否收敛: | + | |
<code python> | <code python> | ||
+------------------------------------------------------------------------------+ | +------------------------------------------------------------------------------+ | ||
行 181: | 行 184: | ||
</ | </ | ||
- | 下面两个图中,使用Movie Tool显示了优化之后的Li原子沿着B和C方向扩散过程。 | + | 下面两个图中,使用 Movie Tool 显示了优化之后的 Li 原子沿着 B 和 C 方向扩散过程。 |
{{ : | {{ : | ||
- | 发现Li原子沿C方向移动需要跨越一个非常高的能垒,2.3eV;而沿着B方向,一个Li原子一个通道,移动则容易得多。这些结果与参考文献一致< | + | 发现 Li 原子沿 C 方向移动需要跨越一个非常高的能垒,2.3eV;而沿着 B 方向,一个 Li 原子一个通道,移动则容易得多。这些结果与参考文献一致< |
=====使用简谐近似过渡态理论计算反应速率===== | =====使用简谐近似过渡态理论计算反应速率===== | ||
- | 关于如何计算反应速率的细节,以及简谐近似过渡态理论本身,请参考[[atk: | + | 关于如何计算反应速率的细节,以及简谐近似过渡态理论本身,请参考 |
分析过程如下: | 分析过程如下: | ||
- | 1,打开**Scripter**。 | + | 1,打开 **Scripter**。 |
- | 2,双击**Analysis from file**,选择// | + | 2,双击 **Analysis from file**,选择 // |
- | 3,添加HTSTEvent分析,并设置prefactor为1e+13 1/s。 | + | 3,添加 HTSTEvent 分析,并设置 prefactor为 1e+13 1/s。 |
{{ : | {{ : | ||
- | 4,运行分析任务,1分钟左右完成。脚本文件:[[http:// | + | 4,运行分析任务,一分钟左右完成。脚本文件:[[http:// |
- | 为了将HTSTEvents分析结果可视化,选择**LabFloor**中对应的对象,选中窗口右侧的// | + | 为了将 HTSTEvents 分析结果可视化,选择 **LabFloor** 中对应的对象,选中窗口右侧的 //HTST Rates// 插件。 |
{{ : | {{ : | ||
行 209: | 行 212: | ||
这里,可以为扩散机制计算正向和你想反应速率常数。本例中,两个值非常接近,因为初始结构和末态结构基本上是等价的。 | 这里,可以为扩散机制计算正向和你想反应速率常数。本例中,两个值非常接近,因为初始结构和末态结构基本上是等价的。 | ||
- | 这里,也可以设置Arrhenius点图选项: | + | 这里,也可以设置 Arrhenius 点图选项: |
{{ : | {{ : | ||
下表总结了本例中的结果: | 下表总结了本例中的结果: | ||
+ | | Direction | Barrier | $k_{HTST}$ | | ||
+ | | B | 0.41 | $1.6\times 10^{6}$ | | ||
+ | | C | 2.31 | $1.5\times 10^{-26}$ | | ||
- | {{ : | ||
=====参考文献===== | =====参考文献===== | ||
- | [1] M. Saiful Islam and Craig A. J. Fisher. Lithium and sodium battery cathode materials: computational insights into voltage, diffusion and nanostructural properties. Chem. Soc. Rev., 43(1):185, 2014. doi: | + | * [1] M. Saiful Islam and Craig A. J. Fisher. Lithium and sodium battery cathode materials: computational insights into voltage, diffusion and nanostructural properties. Chem. Soc. Rev., 43(1):185, 2014. doi: |
- | + | | |
- | [2] Chuying Ouyang, Siqi Shi, Zhaoxiang Wang, Xuejie Huang, and Liquan Chen. First-principles study of li ion diffusion in lifepo 4. Physical Review B, 2004. doi: | + | |
- | + | | |
- | [3] William Davidson Richards Yan Wang. Design principles for solid-state lithium superionic conductors. Nature Materials, 14(10): | + | * 英文教程原文:http:// |
- | + | ||
- | [4] Dhamodaran Santhanagopalan Yuri Janssen. Reciprocal salt flux growth of lifepo 4 single crystals with controlled defect concentrations. Chemistry of Materials, 25(22): | + |