由于pEDA分析支持正常k空间布点,而NOCV则只支持Gamma点,因此建议二者分别计算。本文使用AMS2019.301以上版本完成。
NOCV orbital、NOCV density、NOCV Def(ference) density的化学直观含义,参考:ETS-NOCV理论,尤其是ETS-NOCV方法将EDA(能量分解)中Orbital Interactions具体分解到不同轨道上
本例以MgO表面吸附CO为例,计算CO与MgO之间的化学价自然轨道。
本例是二维周期性体系与分子之间的相互作用,三维、一维周期性体系操作完全一致,只是Main菜单中Periodicity设置分别为Bulk(xyz三个方向具有周期性)、Chain(x方向具有周期性),而本例中二维周期性体系,设为Slab(xy方向具有周期性)。
代表性文献:
二维表面的建模,参考从三维晶体切割出二维表面。
也可以从其它软件导入。可以使用VNL(免费,可以在费米科技官网在线申请),很轻松的创建石墨烯二维片层等模型,注意设置二维片层为轴方向。创建完毕之后,Export为CIF文件。ADFinput中,File > Coordinates Import导入,之后将Main菜单中Periodicity从Bulk(表示三维)改为Slab(表示二维)。这样表面建模就完成了。可以在上面添加分子。关于ADF软件建模的基本操作,参考:基本的建模功能(土豆视频)、聚合物的建模、设置默认显示晶体的周期数
不过本例中使用现成的坐标:
Atoms Mg 0.5952900648117065 0.5952714085578918 1.669389009475708 Mg 2.083763837814331 -0.8932194709777832 -0.3998482525348663 Mg -2.381629705429077 0.5952858924865723 1.650922179222107 Mg -0.8931822776794434 -0.8931437730789185 -0.3998597264289856 O 2.0837242603302 -0.8932545781135559 1.721166849136353 O -0.8931580781936646 -0.8930988311767578 1.721139311790466 O 0.5958311557769775 0.5952631831169128 -0.4591511785984039 O -2.38149356842041 0.595311164855957 -0.4593693315982819 O 0.5951411128044128 0.5954184532165527 4.201965808868408 C 0.5957195162773132 0.5962072014808655 5.353646278381348 End Lattice 2.976919651031494 -2.976919651031494 0.0 2.976919651031494 2.976919651031494 0.0 End
拷贝上述内容,在Input窗口中CTRL V粘贴即可。
参数设置详细介绍,参考:【入门基础教程】单点计算与BAND的基本参数设置、计算效率。这里由于研究表面吸附,存在弱键,因此使用色散修正泛函-D3(BJ)。元素较轻,因此DZP基组即可:
将CO和MgO表面分成2个区,分区方法参考如何创建分区,如下图:
NOCV只支持Gamma点,因此需要设置k为Gamma Only。
勾选Use Fragments:
File > Save as保存任务,文件名、保存的路径中不能包含中文字符、空格、括号等,可以用英文、数字、下划线、加减号。
提交任务的方式,参考正式版的安装、维护与升级。如果提交到Linux系统,参考:Linux系统中,片段分析如何使用run文件提交任务
因为NOCV本身是为了进一步分析EDA的结果,希望看到EDA中轨道相互作用(也就是共价作用)主要由哪些轨道贡献出来,因此我们首先看看有多少贡献比较大的NOCV。
SCM - Output - Properties - PEDA Energy Terms:
P E D A N O C V E n e r g y T e r m s ------------------------------------------------------------------- Energies in kJ/mol ===K-Point 1 Spin 1 NOCV eigenvalue E_tot T V ------------------------------------------------------------------- 1 | -0.1157 +0.1157 -12.4 -236.1 +223.6 2 | -0.0668 +0.0668 -1.0 -0.9 -0.0 3 | -0.0668 +0.0668 -1.0 -0.9 -0.1 4 | -0.0465 +0.0465 -2.4 -166.4 +164.0 5 | -0.0214 +0.0214 -0.8 +73.3 -74.1 6 | -0.0155 +0.0155 -0.5 -28.2 +27.8 7 | -0.0152 +0.0152 -0.3 -37.8 +37.5 8 | -0.0096 +0.0096 -0.1 +16.6 -16.7 9 | -0.0087 +0.0087 -0.1 +20.5 -20.6 10 | -0.0087 +0.0087 -0.1 +20.4 -20.5 11 | -0.0068 +0.0068 -0.1 -22.8 +22.7 12 | -0.0068 +0.0068 -0.1 -22.7 +22.7 13 | -0.0033 +0.0033 -0.0 +0.4 -0.4 14 | -0.0024 +0.0024 -0.0 -3.9 +3.9 15 | -0.0024 +0.0024 -0.0 -3.8 +3.8 16 | -0.0013 +0.0013 -0.0 -5.9 +5.9 17 | -0.0011 +0.0011 -0.0 -7.7 +7.7 E_res= -0.0 kJ/mol E_tot= -18.8 kJ/mol
可以看到贡献主要是第一组本征值为±0.1157的NOCV贡献出来(注意,本征值必须严格±成对,否则NOCV数据不可用。有时候没有在Multilevel中,为片段指定正确的Spin Polarization,也会导致本征值不配对),我们需要记住这个本征值,然后来查看该NOCV的具体情况。 SCM → View → Add → Isosurface: With Phase → Select Field → NOCV Orbitals。
注意: 负本征值NOCV orbital则是成键前的样子,也就是一方碎片贡献占据轨道,另一方贡献空轨道(等值面调整到0.008看的更清楚一些,透明设置参考:如何设置View中各种空间分布图的透明度):
可以看到,贡献占据轨道的是CO的HOMO(用户可以在ADF模块单独计算一下CO,看看HOMO是不是这个样子的),当然MgO就是贡献空轨道的一方了。
正本征值的NOCV orbital是成键之后的键轨道:
SCM → View → Add → Isosurface: With Phase
电子从红色区域流向蓝色区域。本例中,从CO流向MgO表面。电子转移很微弱,因此等值面调整到0.00013看起来才比较清晰。