CASTEPPPt詳細教程 3

1、目的：目的：介紹用CASTEP如何計算表面上的吸附能。模塊模塊：CASTEP，Materials Visualizer 背景知識：Pd的表面在許多催化反應(yīng)中都起著非常重要的作用。理解催化反應(yīng)首先是弄清楚分子是如何與這樣的表面相結(jié)合的。在本篇文章中，通過提出下列問題，DFT(二維傅立葉變換)模擬有助于我們的理解：分子趨向于吸附在哪里？可以有多少分子吸附在表面？吸附能是什么？它們的結(jié)構(gòu)像什么？吸附的機制是什么？ 我們應(yīng)當(dāng)把注意力集中于吸附點,既短橋點，因為眾所周知它是首選的能量活潑點。而且覆蓋面也是確定的(1ML)。在1ML覆蓋面上CO分子互相排斥以阻止CO分子垂直的連接在表面上?？紤]到(1x1)

2、和(2x1)表面的單胞，我們將要計算出這種傾斜對化學(xué)吸收能的能量貢獻。 緒論緒論:在本指南中，我們將使用CASTEP來最優(yōu)化和計算數(shù)種系統(tǒng)的總體能量。一旦我們確定了這些能量，我們就可以計算CO在Pd(110)面上的化學(xué)吸附能。 本指南包括：1準(zhǔn)備項目2最優(yōu)化Pd3構(gòu)造和優(yōu)化CO4構(gòu)造Pd(110)面5RELAXING Pd(110)面6添加CO到1x1 Pd(110)，優(yōu)化此結(jié)構(gòu)7設(shè)置和優(yōu)化2x1Pd(110)面 8分析能量 9分析態(tài)密度 1準(zhǔn)備項目準(zhǔn)備項目 本指南包含有五種明顯不同的計算。為便于管理項目，我們先在項目中準(zhǔn)備五個子文件夾。 在Project Explorer的根圖標(biāo)上右鍵單擊，

3、選擇New | Folder。再重復(fù)此操作四次。在New Folder上右鍵單擊，選擇Rename，鍵入Pd bulk。在其它的文件上重復(fù)此操作過程，把它們依次更名為Pd(110)，CO molecule，, (1x1) CO on Pd(110)，和 (2x1) CO on Pd(110). 2 2最優(yōu)化最優(yōu)化bulk Pd Materials Studio所提供的結(jié)構(gòu)庫中包含有Pd的晶體結(jié)構(gòu)。 在Project Explorer中，右鍵單擊Pd bulk文件夾并且選擇Import.，從Structures/metals/pure-metals中導(dǎo)入Pd.msi。 顯示出bulk Pd的結(jié)構(gòu)

4、，我們把顯示方式改為Ball and Stick。在Pd 3D Model document中右鍵單擊，選擇Display Style，在Atoms標(biāo)簽中選擇Ball and Stick，關(guān)閉對話框。 現(xiàn)在使用CASTEP來優(yōu)化bulk Pd。 從工具欄中選擇CASTEP ，再選擇Calculation或菜單欄中選擇Modules | CASTEP | Calculation。 CASTEP對話框如下： 把Task從Energy改為Geometry Optimization，按下More.按鈕，在 CASTEP Geometry Optimization對話框中選中Optimize Cell選

5、項。按下Run鍵。出現(xiàn)一個關(guān)于轉(zhuǎn)換為原胞的信息框，按下yes。 工作遞交后，開始運行?，F(xiàn)在我們應(yīng)該進行下一步操作，構(gòu)造CO分子。當(dāng)工作結(jié)束后，再返回此處，顯示晶格參數(shù)。工作完成后，我們應(yīng)保存項目。 選擇File | Save Project，然后再從菜單欄選擇Window | Close All。在Project Explorer中打開位于Pd CASTEP GeomOpt文件夾中的Pd.xsd。顯示的即為Pd優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)。 在3D Model document中單擊右鍵，選中Lattice Parameters。其晶格參數(shù)大約為3.91 ，而其實驗植為3.89 。 3構(gòu)造和優(yōu)化構(gòu)造和優(yōu)化CO

6、 CASTEP只能處理周期性的體系。為了能夠優(yōu)化CO分子的幾何結(jié)構(gòu)， 我們必需把它放入晶格點陣中。 在Project Explorer中，右鍵單擊on CO molecule，選擇New | 3D Atomistic Document.在3D Atomistic Document.xsd上右鍵單擊，選中Rename。鍵入CO，按下RETURN鍵。 現(xiàn)在顯示的是一個空3D模型文檔。我們可以使用Build Crystal工具來創(chuàng)建一個空晶格單元，然后在上面添加CO分子。 從菜單欄中選擇Build | Crystals | Build Crystal，再選中Lattice Parameters標(biāo)簽，

7、把每一個單元的長度a, b, 和 c改為8.00，按下Build按鈕。在3D模型文檔中顯示出一個空單元。 從菜單欄選擇Build | Add Atoms。 CO分子中C-O鍵的鍵長實驗值是1.1283 。通過笛卡兒坐標(biāo)系來添加原子，我們可以精確的創(chuàng)建此種鍵長的CO分子。 在Add Atoms對話框中，選擇Options標(biāo)簽，確定Coordinate system為Cartesian。然后選中Atoms標(biāo)簽，按下Add按鈕。 在Add Atoms對話框中，把Element改為O，x 和 y的坐標(biāo)值依然為0，把z的坐標(biāo)值改為1.1283。按下Add按鈕，關(guān)閉對話框。 現(xiàn)在我們準(zhǔn)備優(yōu)化CO分子。 從

8、工具欄中選擇CASTEP 工具，然后選擇Calculation。 先前計算時的設(shè)置依然保留著。盡管如此，我們此次計算不需要優(yōu)化。 在Setup標(biāo)簽中，按下More.按鈕。勾去Optimize Cell選項。關(guān)閉對話框。選擇Electronic標(biāo)簽，把k-point set由Medium改為Gamma。 選擇Properties標(biāo)簽，選中Density of states。把k-point set改為Gamma，勾選Calculate PDOS選項。按下Run按鈕。 計算開始，我們可以進行下一步操作。 4構(gòu)造構(gòu)造Pd(110)面面 下面我們將要用到從Pd bulk中獲得的Pd優(yōu)化結(jié)構(gòu)。 從菜單欄

9、中選擇File | Save Project，然后在選中Window | Close All。在Pd bulk/Pd CASTEPGeomOpt文檔中打開Pd.xsd。 創(chuàng)建表面分為兩個步驟。第一步是劈開表面，第二步是創(chuàng)建一個包含表面的真空板。 從菜單欄中選擇Build | Surfaces | Cleave Surface，把the Cleave plane (h k l)從( (-1 0 0) )改為( (1 1 0) )，然后按下TAB鍵。把Fractional Thickness 增加到1.5，按下Cleave按鈕，關(guān)閉對話框。 此時，顯示出一個包含有二維周期性表面的全新的三維模型文檔

10、。 盡管如此，CASTEP要求有一個三維周期性的輸入體系。我們可以Vacuum Slab工具來獲得。 在菜單欄中選擇Build | Crystals | Vacuum Slab，把Vacuum thickness從10.00改為8.00。按下Build鍵。 則結(jié)構(gòu)由二維變成三維，把真空添加到了原子上。在繼續(xù)下面的操作前，我們要重新定位一下格子。我們應(yīng)該改變格子的顯示方式并且旋轉(zhuǎn)該結(jié)構(gòu)，使屏幕上的Z軸成豎直狀。 在3D model document中單擊右鍵，選擇Lattice Parameters選項。選擇Advanced標(biāo)簽，按下Reorient to standard按鈕，關(guān)閉對話框。 在

11、3D model document中單擊右鍵，選擇在Display Style。然后選中Lattice標(biāo)簽，在Display中，把Style從Default改為改為Original，關(guān)閉對話框。 按下Up 指針鍵兩次，三維模型文檔如右所示： 把Z坐標(biāo)最大值所對應(yīng)的Pd原子稱為最高層Pd原子。 在本指南的稍后部分，我們要求知道原子層間的距離do，我們可以通過計算原子坐標(biāo)來得到。 從菜單欄中選擇View | Explorers | Properties Explorer，選擇FractionalXYZ中X=0.5，Y=0.5 的Pd原子。注意從XYZ屬性中所獲得的Z的坐標(biāo)值。 Z的坐標(biāo)值應(yīng)為1.3

12、86 ，此既為原子層間的距離。 注意：一個fcc(110)體系，do 可通過下列公式得到： . 在釋放表面之前，如果僅僅是只需要釋放表面，我們必需要束縛住Pd原子。 按住SHIFT鍵選中所有的Pd原子，不包括最高層的Pd原子。從菜單欄中選中Modify | Constraints，勾選上Fix fractional position。關(guān)閉對話框。 則剛才所選中的原子已經(jīng)被束縛，我們可以通過改變顯示的顏色來看到它們。 在3D模型文檔中單擊以取消所選中的原子。右鍵單擊選擇Display Style，在Atoms標(biāo)簽的Coloring部分，把Color by選項改為Constraint。3D模型文檔

13、顯示如右： 把Color by選項再改為Element，關(guān)閉對話框。從菜單欄中選擇File | Save As.，把它導(dǎo)引到Pd(110)文件夾中，按下Save按鈕。對(1x1) CO on Pd(110)文件夾也重復(fù)此操作，但是這一次把文檔的名字改為(1x1) CO on Pd(110)。再選擇File | Save Project，然后再選擇Window | Close All。 5釋放釋放Pd(110)面面 現(xiàn)在我們最優(yōu)化Pd (110)表面。 在Project Explorer的Pd (110)文件夾中打開Pd(110).xsd。從工具欄中選中CASTEP 工具，然后選擇Calcula

14、tion。按下More.按鈕，確定Optimize Cell沒有被選中。關(guān)閉對話框。 為了維持我們想要完成的計算的連貫性，我們應(yīng)該更改Electronic標(biāo)簽中的一些設(shè)置。 選擇Electronic tab標(biāo)簽，然后按下More.按鈕。從CASTEP Electronic Options對話框中選擇Basis標(biāo)簽，勾選上Use custom energy cut-off并且把域植從260.0改為300.0。選擇k-points標(biāo)簽，勾選上Custom grid參數(shù)。在Grid parameters域中，把a改到3，b改到4，c改到1。關(guān)閉對話框。 我們還應(yīng)該計算此體系的態(tài)密度。 選擇CASTE

15、P Calculation對話框中的Properties標(biāo)簽，選中Density of states。勾選上Calculate PDOS，把k-point set改為Medium。 按下Run按鈕，關(guān)閉對話框。 計算的運行會耗費一定的時間，我們可以最后做分析。我們現(xiàn)在可以構(gòu)建下一組表面。 從菜單欄中選擇File | Save Project，然后選擇Window | Close All。 6添加添加CO到到1x1Pd(110)，優(yōu)化此結(jié)構(gòu)，優(yōu)化此結(jié)構(gòu) 我們要使用在(1x1) Co on Pd(110)文件中的結(jié)構(gòu)來進行下面的工作。 在Project Explorer中，打開(1x1) Co o

16、n Pd(110)文件中的(1x1) CO on Pd(110).xsd。 現(xiàn)在在short bridge position上添加CO分子。我們要利用的依據(jù)是：CO 在 Pd(110)上的鍵長已經(jīng)通過實驗所獲得。CO在Pd(110)的yz平面上的幾何結(jié)構(gòu) 右圖中陰影線原子在格子中不顯示：Original display mode。 第一步是添加碳原子。Pd-C鍵的鍵長(用dPd-C表示)應(yīng)為1.93 。當(dāng)我們使用Add Atom 工具時，我們即可以使用笛卡兒坐標(biāo)也可以使用分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，但在本例當(dāng)中，我們應(yīng)該使用分?jǐn)?shù)坐標(biāo)xC, yC, 和zC。xC, yC非常簡單，xC =0，yC =0.5。盡管如

17、此，zC比較困難。我們可以通過zPd-C 和zPd-Pd二者之間的距離來構(gòu)造它。 zPd-C可從公式 得到(它應(yīng)為1.35 )。 zPd-Pd可以由晶格參數(shù)a0除以2得到(它應(yīng)為2.77 )。 把zPd-C 和 zPd-Pd相加可獲得zC(它應(yīng)為4.12 )?，F(xiàn)在我們把距離改為分?jǐn)?shù)長度，可以通過晶格參數(shù)(Lattice parameters)工具得到。 在3D模型文檔中單擊右鍵，選擇Lattice parameters。注意c的值。 為了計算z的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，我們僅需要用晶格參數(shù)c除以zC(結(jié)果為0.382 )。 從菜單欄中選擇Build | Add Atoms，然后選中Options標(biāo)簽。確保C

18、oordinate system為Fractional。選擇Atoms標(biāo)簽，把，把 Element 改為改為 C。把。把a改為0.0，b為0.5，c為0.382。按下Add按鈕。 如果我們想確認我們已經(jīng)正確的設(shè)置了模型，可以使用Measure/Change工具。 單擊工具欄中Measure/Change工具 的選項箭頭，然后選擇Distance。在Pd-C鍵上單擊。 下一步是添加氧原子。 在Add Atoms對話框中，把Element改為O。 在實驗中，C-O鍵的長度為1.15 。在分?jǐn)?shù)坐標(biāo)中它為0.107，把這個值添加到碳的z分?jǐn)?shù)坐標(biāo)上( (0.382) )，氧的z坐標(biāo)值為0.489。 把c

19、的域值改為0.489，按下Add按鈕。關(guān)閉對話框。 Pd最原始的對稱性是P1，但隨著CO的添加它以改變。我們可以通過Find Symmetry工具來找到其對稱性和強加對稱性(Impose Symmetry)。 在工具欄中選擇Find Symmetry工具 ，按下Find Symmetry按鈕，隨后按下Impose Symmetry按鈕。對稱性為PMM2。 在3D模型文檔中單擊右鍵，選擇Display Style。選中Lattice標(biāo)簽，把Style改為Default。 結(jié)構(gòu)如右所示： 在優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu)之前，我們先把它保存到(2x1) CO on Pd(110)文件夾中。 從菜單欄中選擇File

20、| Save As.，引導(dǎo)到(2x1) CO on Pd(110)文件。把文檔保存為(2x1) CO on Pd(110).xsd。 現(xiàn)在可以優(yōu)化結(jié)構(gòu) 。 從菜單欄中選擇File | Save Project ，然后選擇Window | Close All。在Project Explorer中，打開(1x1)CO on Pd(110)文件夾中的(1x1)CO on Pd(110) .xsd。從工具欄中選擇CASTEP 工具，然后選擇Calculation。 從先前的計算中得到的參數(shù)應(yīng)當(dāng)保留。 按下Run按鈕。 在運行過程中，我們進行最后結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。 7設(shè)置和優(yōu)化設(shè)置和優(yōu)化2x1Pd(110)面

21、面 第一步是打開(2x1) CO on Pd(110)文件夾中的3D模型文檔。 在Project Explorer中，打開(2x1) CO on Pd(110)文件夾中的(2x1) CO on Pd(110).xsd。 這就是當(dāng)前的1x1單元，我們需要使用Supercell工具把其變?yōu)?x1單元。 從菜單欄中選擇Build | Symmetry | SuperCell，把b增加到2，按下Create Supercell按鈕。關(guān)閉對話框。其結(jié)構(gòu)看起來如右： (2x1) Cell of CO on Pd(110) 現(xiàn)在我們使CO分子傾斜。 為了簡化此操作, 定義位于 y=0.5處的分子為 A分子，

22、位于y=0.0 處的分子為B分子。 選擇B分子的碳原子。在Properties Explorer中，打開XYZ屬性，從X域中減去0.6。 對于B分子的氧原子重復(fù)此操作，但從X域中減去1.2。 選擇A分子的碳原子。在Properties Explorer中，打開XYZ屬性，在X域中增加0.6。對于A分子的氧原子重復(fù)此操作，但在X域中增加1.2。分子的X軸向下的視圖如右： 盡管如此，我們應(yīng)注意到Pd-C和C-O鍵長的最初值已經(jīng)改變。 選中A分子的碳原子，使用Properties Explorer，把FractionalXYZ屬性中Z的域值改為0.369。對B分子重復(fù)上述操作。 此操作在于更正Pd-

23、C的鍵長。我們可以使用Measure/Change工具來更正C-O鍵長。 在工具欄中單擊Measure/Change工具 的選項箭頭，選中Distance。單擊A分子的C-O鍵，在工具欄中選擇3D Viewer Selection Mode工具 ，選擇監(jiān)視窗口(既3D Atomistic Document)。在Properties Explorer中，改變Filter to Distance。把Distance屬性改為1.15 。對B分子重復(fù)此操作。 現(xiàn)在重新計算此體系的對稱性。 在工具欄中選擇Find Symmetry工具，按下Find Symmetry按鈕，隨后再按下Impose Symm

24、etry按鈕。現(xiàn)在它的對稱性是PMA2。下面我們來優(yōu)化它的幾何結(jié)構(gòu)。 從工具欄中選擇CASTEP工具，然后選擇Calculation。 對于本次計算，我們需要改變k點的格子參數(shù)，這樣我們可以比較本次計算和上次計算的能量值。 選中CASTEP Calculation對話框中的Electronic標(biāo)簽，按下More.按鈕。選擇k-points標(biāo)簽，把Custom grid parameters改為：a = 2, b = 3, c = 1。關(guān)閉對話框，按下Run按鈕。 計算開始。計算結(jié)束后，在下面的內(nèi)容中我們需要詳細的摘錄整個體系的能量。我們可以進行下一步，摘錄先前計算的能量。 8 8分析能量分析能

25、量 在這一部分，我們將要計算化學(xué)吸收能DEchem，定義如下： 允許CO分子依著彼此傾斜，然后減低分子的自我排斥力，會導(dǎo)致能量的增加。排斥能可從下面的公式得到： 為計算這些屬性，我們需要從CASTEP的文本輸出文檔中摘錄每一次模擬的整個能量。 在Project Explorer中，打開CO molecule/CO CASTEP GeomOpt文件夾中的CO.cst。按下CTRL+F鍵，搜索Final electronic.。向下滑動數(shù)行，在下面的表格中記錄下出現(xiàn)在“TOTAL ENERGY IS”此行之后的數(shù)值。重復(fù)此操作，找到其它體系的整個能量，完成下面的表格。如果獲取了所有的能量值，使用上

26、面的等式很簡單便可計算出DEchem and DErep。他們的數(shù)值大約分別為1.9eV和72MeV。 9 9分析態(tài)密度分析態(tài)密度 下面我們要檢查態(tài)密度(DOS)的改變。這會使我們對CO在Pd(110).上的連接機制有更深入的了解。為了做到這一點，我們需要顯示孤立的CO分子和(2x1) CO 在Pd(110)上的態(tài)密度。 在Project Explorer中，打開CO molecule/CO CASTEP GeomOpt文件夾中的CO.xsd。 從工具欄中選擇CASTEP工具，然后選擇Analysis，選中Density of states，選上Partial，不選f 和sum，但其他的選項都

27、保持原先的狀態(tài)。按下View按鈕 。顯示出CO分子PDOS的圖表文檔。如右：對(2x1) CO on Pd(110).xsd重復(fù)上面的操作。 PDOS of (2x1) CO on Pd(110) PDOS of CO molecule 很明顯，孤立的CO分子的電子態(tài)大約在-20eV, -5eV 和 -2.5eV，比CO約束在表面時的能量要低一些。 背景 探索任一反應(yīng)的勢能面需要反應(yīng)過程中每一步的結(jié)構(gòu)和能量(或動力學(xué)和熱力學(xué))的快照。尤其重要的是決定反應(yīng)速度的步驟，它常常涉及到?jīng)Q定著另人難以捉摸的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)。有許多技術(shù)被用來尋找過渡態(tài)結(jié)構(gòu)，其中非常出名和有效的是(Linear Synchron

28、ous Transit )LST 和(Quadratic Synchronous Transit)QST方法。 本指含蓋內(nèi)容如下： 1 設(shè)置計算的結(jié)構(gòu) 2 優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu) 3 定義原子配對 4 使用LST/QST/CG方法計算過渡態(tài) 1 設(shè)置計算的結(jié)構(gòu)設(shè)置計算的結(jié)構(gòu)構(gòu)建Pd (1 1 1)表面，先導(dǎo)入Pd晶體結(jié)構(gòu)。 從菜單欄中選擇File | Import。在structures/metals/pure-metals中選擇Pd.msi。 現(xiàn)在更改此結(jié)構(gòu)的顯示方式。 在Pd.xsd中單擊右鍵，選中Display Style。從Atom標(biāo)簽的顯示方式列表中選擇Ball and Stick。關(guān)閉對話框

29、。 Materials Visualizer中的Cleave Surface工具允許我們劈開任一個大塊晶體的表面。 從菜單欄中選擇Build | Surfaces | Cleave Surface。 Cleave Surface的對話框如右： 把Cleave plane中的米勒指數(shù)從(-1 0 0)改為(1 1 1)。把Fractional Depth設(shè)置為2.0。按下Cleave按鈕。 選擇Surface Mesh標(biāo)簽，設(shè)置表面向量U為0.5 -1 0.5，然后按下TAB鍵。再設(shè)置表面向量V 為0.5 0.5 -1，然后按下TAB鍵。關(guān)閉對話框。 于是打開了一個包含2D周期性表面的新的3D模

30、型文檔。盡管如此，CASTEP需要一個作為輸入的3D周期性體系。我們可以使用Vacuum Slab工具獲得它。 從菜單欄中選擇Build | Crystals | Build Vacuum Slab，把Vacuum thickness從10.00改為7.00。按下Build按鈕。 此結(jié)構(gòu)從二唯周期性變成三唯周期性結(jié)構(gòu)，在原子上添加了一層真空。我們可以移去單胞底部的對稱性圖形 ，對稱性圖形同時也出現(xiàn) 在晶胞的上部。 從菜單欄中選擇Build | Bonds，在Bonding Scheme標(biāo)簽中勾選上Monitor bonding。關(guān)閉對話框。在Pd (1 1 1).xsd中右鍵單擊，選中Disp

31、lay Style，選擇Lattice標(biāo)簽，把Style 設(shè)置為In Cell。最后，再把Style 設(shè)置為Default。關(guān)閉對話框。 現(xiàn)在我們可以使用已經(jīng)建造好的Pd (1 1 1)面去構(gòu)造與反映物所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)。Pd (1 1 1)面如下所示： 從菜單欄中選中File | New，選擇3D Atomistic Document。當(dāng)出現(xiàn)提示時，保存對Pd (1 1 1).xsd所坐的修改。一個新的空文檔出現(xiàn)。選中Pd (1 1 1).xsd把它激活。從菜單欄中選擇Edit | Select All，接著再選擇Edit | Copy。 在Project Explorer中選擇3D Atomis

32、tic Document.xsd把它激活。從菜單欄中選擇Edit | Paste。Pd (1 1 1)晶體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在新文檔中。在文檔中某處單擊一下取消所選中的圖形。 在Project Explorer的3D Atomistic Document.xsd上右鍵單擊，選擇Rename，鍵入reactants。添加氫原子： 從菜單欄中選擇Build | Add Atoms。 使用Add Atoms工具可以把原子添加在晶胞指定的位置。 Add Atoms對話框如右： 在Element文本框中，鍵入H。選擇Options標(biāo)簽，把Coordinate System設(shè)置為Fractional。返回到Atom

33、s標(biāo)簽，設(shè)置a 為0.56, b 為0.47 和c 為0.70。按下Add按鈕。一個氫原子出現(xiàn)在晶胞中 。 使用相同的步驟，把第二個氫原子添加到a = 0.47, b = 0.56和c = 0.70位置。關(guān)閉對話框。提示：當(dāng)我們添加第二個氫原子時，Materials Studio會產(chǎn)生一個警告信息。這個警告信息之所以會出現(xiàn)是因為我們所添加的第二個氫原子在第一個氫原子所定義的公差范圍內(nèi)。在這種情況下，我們建造一個H-H鍵長小于1.0的氫分子既可。選擇Yes繼續(xù)添加氫原子 。 一個H2分子是由鍵長為0.743的H-H鍵所形成的。氫分子位于和Pd-Pd鍵平行的晶胞中心，距離表面大約4.00。 為了簡

34、單起見，我們假設(shè)在反應(yīng)期間表面是固定的。為了做到這一點，我們必須約束表面原子保留在當(dāng)前位置。 選擇reactants.xsd中的一個Pd原子，然后按下ALT鍵，再雙擊選中所有的Pd原子。從菜單欄中選擇Modify | Constraints，確定Pd原子的坐標(biāo)系為分?jǐn)?shù)坐標(biāo)或笛卡兒坐標(biāo) 。反應(yīng)物結(jié)構(gòu) 現(xiàn)在我們來建造產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。這次，我們要以reactants.xsd的結(jié)構(gòu)為起點。 從菜單欄中選擇File | New，再選中3D Atomistic Document。一個空文檔出現(xiàn)。選擇reactants.xsd將其激活。從菜單欄中選擇Edit | Select All，隨后再選擇Edit | C

35、opy。 在Project Explorer中選擇3D Atomistic Document.xsd將激活。從菜單欄中選擇Edit | Paste。反應(yīng)物結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在文檔中。在文檔中某處單擊以取消所選中的圖形。 在Project Explorer中的3D Atomistic Document.xsd中右鍵單擊，選擇Rename，鍵入products。建造產(chǎn)物 ：在這一部分我們要使用Properties Explorer來改變結(jié)構(gòu)中氫原子的位置。 從菜單欄中選擇View | Explorers | Properties Explorer。 在products.xsd中的一個氫原子上單擊。在Prop

36、erties Explorer中，顯示處FractionalXYZ坐標(biāo) 。查找位于0.47 0.56 0.70的氫原子，在FractionalXYZ的文本框中雙擊，把分?jǐn)?shù)坐標(biāo)值改為0.33333 0.66667 0.414103。通過相同的步驟把位于0.56 0.47 0.70的氫原子移動到0.666667 0.333333 0.414103。 從菜單欄中選中Build | Bonds，勾選上Bonding Scheme標(biāo)簽中的Monitor bonding。關(guān)閉對話框。 在此新結(jié)構(gòu)中，晶胞中心的兩個Pd原子每一個都有一個氫原子與其連接，距離大約為1.583。其圖形如右： 注意：反應(yīng)物和產(chǎn)物具

37、有相同晶格參數(shù)。這是必須的，因為在CASTEP中應(yīng)用的LST/QST版本不考慮晶格參數(shù)的改變。盡管如此，只要你感興趣的是那些晶胞改變并不重要的過程，例如在表面的反應(yīng)，原子擴散和在體積中的空缺等，那么它的局限性就不是很明顯。 2 優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu) 正如我們已經(jīng)討論的那樣，反應(yīng)物和產(chǎn)物的cell parameters必須相同?；诖朔N原因，任何優(yōu)化僅涉及晶胞種原子的位置。而且我們可以認為反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)和原先一樣，所以我們不需要優(yōu)化它們的結(jié)構(gòu)。 確定products.xsd文檔處于激活狀態(tài)。從工具欄中選擇CASTEP 工具 ，然后選擇Calculation或者從菜單欄中選擇Modules | CASTEP

38、 | Calculation。CASTEP Calculation對話框如右所示： 下面我們開始優(yōu)化它的幾何結(jié)構(gòu)。 把Task 改為Geometry Optimization。把Quality改為Medium。 選擇Electronic標(biāo)簽，把k-point set設(shè)置為Gamma。 按下More.按鈕，然后選擇SCF標(biāo)簽。把Charge設(shè)置為0.4。按下和此選項先相關(guān)的More.按鈕，把DIIS history list 改為5。 返回SCF標(biāo)簽，確定沒有選上Fix occupancy選項。關(guān)閉對話框。 我們也可以指定工作控制選項，例如實時更新。 選擇Job Control標(biāo)簽。按下More

39、.按鈕，在CASTEP Job Control Options對話框中，把Update interval 改為30.0秒。關(guān)閉對話框。 如果你在另外的計算機上運行工作，你同樣可以在Job Control標(biāo)簽中如此選擇。 按下Run按鈕。關(guān)閉CASTEP Calculation對話框。 很快，在Project Explorer中出現(xiàn)了一個新文檔。它包括計算的所有結(jié)果。一個Job Log窗口顯示出來，它包括工作的狀態(tài)。你也可以從Job Explorer中獲得此信息。 從菜單欄中選擇View | Explorers | Job Explorer。Job Explorer顯示的和當(dāng)前項目相關(guān)的任何激活

40、的工作的狀態(tài)。它所顯示的有用信息包括服務(wù)器和工作識別數(shù)字。我們也可以使用Job Explorer來停止工作。 當(dāng)工作進行時，打開了四個關(guān)于工作狀態(tài)的文檔，它們分程傳遞信息。這些文檔包括顯示在優(yōu)化過程中模型更新時的晶體結(jié)構(gòu)，傳遞工作設(shè)置參數(shù)信息和運行信息的狀態(tài)文檔，總體能量圖和能量，F(xiàn)orces, Stress 的收斂以及起重復(fù)數(shù)作用的位移。 同樣，激活同樣，激活reactants.xsd文檔，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。文檔，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。3 定義原子配對 對CASTEP來說，為了完成過渡態(tài)搜索，反應(yīng)物文檔和產(chǎn)物文檔中的所有原子都需要配對。此任務(wù)可以使用Reaction Preview工具來完成，此工具可從工具欄中得到。第一步，我們應(yīng)并排顯示反應(yīng)物和產(chǎn)物。 從菜單欄中選擇Window | Tile Vertically。 現(xiàn)在，我們開始使反應(yīng)物和產(chǎn)物中的原子配對。 從菜單欄中選擇Tools | Reaction Preview。其對話框如右： 分別選擇reactants.xsd和products.xsd為反應(yīng)物和產(chǎn)物。單擊Match.按鈕。顯示出Find Equivalent Atoms對話框。我們應(yīng)從最開始看此對話框，沒有原子匹配和8個原子不能匹配。單擊