2015源资培训班-VASP上机练习讲解(几何结构优化-表面、吸附)

VASP上机练习讲解几何结构优化（表面、吸附）Pd(111)表面吸附CO分子23计算流程：（1）对Pd晶胞进行结构优化（2）采用优化好的Pd晶胞切Pd(111)面（建模）（3）优化Pd(111)表面（4）优化CO分子（5）在优化好的Pd(111)表面上吸附CO分子（建模）（6）优化Pd(111)表面吸附CO分子（1）对Pd晶胞进行结构优化MedeA平台上建模：晶格常数：a=b=c=3.86700α=β=γ=90SYSTEM=PdISTART=0ICHARG=2PREC=NormalLREAL=.F.IBRION=2ISIF=3！需要改变Pd的晶胞体积和晶格参数NSW=100POTIM=0.5EDIFFG=-0.05ENCUT=250eV！截断能根据相关文献或贋势确定，也可自己测试NELM=60EDIFF=0.1E-04LCHARG=.F.！优化晶胞时，不打开电荷密度，节省计算时间LWAVE=.F.！优化晶胞时，不打开波函数，节省计算时间ISMEAR=1!金属体系，选择1SIGMA=0.2优化晶胞常数（1）对Pd晶胞进行结构优化Pdbulk1.003.867000000000000000.00000000000000000.00000000000000000.00000000000000003.867000000000000000.00000000000000000.00000000000000000.00000000000000003.867000000000000004SelectivedynamicsDirect1.000001.000001.00000FFF1.000000.500000.50000FFF0.500001.000000.50000FFF0.500000.500001.00000FFF提示：优化晶胞时，原胞中原子的相对坐标不变，只优化晶胞的晶格参数，因此需要将每个原子坐标固定设为F，并且ISIF=3输入文件POSCAR（1）对Pd晶胞进行结构优化7输入文件POTCAR：（略）输入文件KPOINTSmeshauto0G101010000提示：在做晶胞优化时，需要将晶胞多优化几遍，以获得能量最优的结构。比如：逐级精度加高的方法，因此在选择K点的时候，可以先从6×6×6到8×8×8再到10×10×10，优化三遍晶胞，并注意与实验值比较，获得最准确的晶胞结构。（1）对Pd晶胞进行结构优化输出文件OUTCAR最终晶胞的体积和晶格参数都会变化。晶胞常数优化为3.98391按住shift+G命令，到OUTCAR文件最末端，看到体系优化后的晶胞能量（1）对Pd晶胞进行结构优化SYSTEM=PdISTART=0ICHARG=2PREC=NormalLREAL=.F.IBRION=2ISIF=2！不改变Pd的晶胞体积和晶格参数NSW=100POTIM=0.5EDIFFG=-0.05ENCUT=250eV！截断能根据相关文献或贋势确定，也可自己测试NELM=60EDIFF=0.1E-04LCHARG=.F.！优化晶胞时，不打开电荷密度，节省计算时间LWAVE=.F.！优化晶胞时，不打开波函数，节省计算时间ISMEAR=1!金属体系，选择1SIGMA=0.2弛豫原子（1）对Pd晶胞进行结构优化得到的结构为最终优化得到的结构。104层，2×2，Pd（111）表面,一共16个Pd原子（2）创建Pd(111)表面11将最底下的2层Pd原子fix住，模拟材料的体相结构（2）创建Pd(111)表面12SYSTEM=Pd-111ISTART=0ICHARG=2PREC=NormalLREAL=.F.IBRION=2ISIF=2！优化表面NSW=100POTIM=0.5EDIFFG=-0.05ENCUT=250eV！同Pd晶胞优化采用相同设置NELM=60EDIFF=0.1E-04LCHARG=.F.LWAVE=.F.ISMEAR=1SIGMA=0.2ALGO=Fast提示：ISIF参数：晶胞优化取3，表面优化取2ENCUT参数：由体系决定，可参考文献及POTCAR中的值确定。输入文件INCAR（3）优化Pd(111)表面13Pd1111.05.634100000.000000000.00000000-2.817049884.879273800.000000000.000000430.0000007423.2005000016SelectivedynamicsDirect0.000000000.000000000.09914000FFF0.000000000.500000000.09914000FFF0.500000000.000000000.09914000FFF0.500000000.500000000.09914000FFF0.166670000.333330000.19828000FFF0.166670000.833330000.19828000FFF0.666670000.333330000.19828000FFF0.666670000.833330000.19828000FFF-0.00020533-0.000042340.38489174TTT0.000019200.500017020.38661440TTT0.50011017-0.000051600.38497381TTT0.500089500.500222030.38491575TTT0.333387010.166674130.28884565TTT0.330791860.665437980.28974725TTT0.834597430.169286650.28973673TTT0.834681510.665311650.28971833TTT提示：•Pd（111）表面是简单单斜结构，在定义lattice的时候，第一行为晶矢a分别在X，Y，Z方向上的投影，a与X轴平行，所以为（5.634100000.000000000.00000000）即矢量大小；第二行为晶矢b在X方向上的投影为：5.6341*Cos（120°）=-2.81704988；晶矢b在Y方向上的投影为：5.6341*Sin（120°）=4.8792738；在Z方向上的投影为0，故为（-4.139849827.170430640.00000000）同理，第三行为晶矢c在X，Y，Z方向上的投影，与Z平行，所以为（0.000000000.0000000023.20050000）对于表面优化，如果主要考察表面原子的行为，则可以固定表面底层原子以减少计算量。此算例中，Pd（111）下方两层原子固定，坐标标记为FFF。输入文件POSCAR（3）优化Pd(111)表面14输入文件POTCAR：（略）输入文件KPOINTS：Automesh0Gamma2210.0.0.提示：为结果更精确可选取更高k点，如4x4x1。（3）优化Pd(111)表面15•OUTCAR：•energywithoutentropy=-80.39141769eV（3）优化Pd(111)表面16分子优化过程（略）CO分子的能量（见OUTCAR）E=-14.79464466eV（4）优化CO分子17将CO分子放置在Pd（111）表面上的fcc位置上，其C原子距离3个Pd原子的距离为2.050Å左右，C-O距离为1.144Å（CO分子中C-O距离）（5）Pd(111)吸附CO分子建模18Pd(111)-COSYSTEM=Pd111-CO-fccISTART=0ICHARG=2PREC=NormalLREAL=.F.IBRION=2ISIF=2NSW=100POTIM=0.5EDIFFG=-0.05输入文件INCARENCUT=250eVNELM=60EDIFF=0.1E-04LCHARG=.F.LWAVE=.F.ISMEAR=1SIGMA=0.2ALGO=Fast（6）Pd(111)吸附CO分子计算对于在表面吸附分子，INCAR参数不变。19POSCAR（略）：POTCAR（略）：KPOINTS：meshauto0G221000对于在表面吸附分子，由于其晶胞大小不变化，所以KPOINTS的选取同优化表面时的KPOINTS相同。（6）Pd(111)吸附CO分子计算20从OUTCAR文件中，得到Totalenergy为：E=-97.12456123eVCO的能量为:E=-14.79464466eVPd（111）表面的能量为：E=-80.39141769eV计算吸附能公式如下：Ead=-（Emol_ad-Esurf-Emol）得到CO分子的吸附能Ead=1.94eV最终优化得到的结构中，CO分子中C原子距离下方三个Pd原子距离均为2.067Å，C-O距离有1.144Å拉长为1.192Å。（6）Pd(111)吸附CO分子计算