浙江Co-N4、CoN4P1构型的性能研究测试——清析客户检测案例

类别：客户案例 251 2023-05-06

2023年1月28日，本人接到浙江某大学老师的计算需求。接到反馈后，第一时间与客户进行详细沟通，具体情况如下：

客户背景

客户是浙江某大学的老师，希望通过模拟计算软件，计算Co-N4构型、CoN4P1构型的电子局域函数、DOS、反应能垒。

单原子钴铆定在磷掺杂C3N4得到的CoN4构型、单原子钴铆定在磷掺杂C3N4上，P取代CN的C原子并处于Co的第二配位壳，具有CoN4P1构型。

1. 客户希望通过计算模拟，计算氧气吸附的电子局域函数，证明相较于传统的Co-N4构型，P原子上富集正电荷（空穴），使空穴和表面氧气活性物种的空间位置更近，强化了界面电荷转移激子效应, 能够更加稳定活化表面氧气分子。

2.计算CN，CN-Co和CoN4P1构型材料DOS对比，说明带隙缩短，P原子掺杂导致中间带隙产生，Co原子贡献在CB， CBM处态密度上升，表明更多电子可以被激发到CB。

3.计算反应途径能垒，实验组模型（一步双电子，涉及1O2）：Co-N3P1材料和氧气分离→氧气共振激发成1O2→单线态氧快速提取两个电子和两个H+形成过氧化氢

对照组模型（两步单电子，涉及O2·-）：Co-N4材料和氧气分离→氧气吸附在材料表面→氧气得到一个电子和氢质子形成*OOH（超氧自由基）→氧气再得到一个电子和氢质子形成过氧化氢。

使用Material Studio 2020的Dmol3模块进行密度泛函理论（DFT）计算。采用Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）函数的广义梯度近似（GGA）方法来描述核与电子之间的相互作用。力和能量收敛标准分别设置为0.002 Ha?-1和10-5 Ha。然后获得DOS。

当优化完成时，利用众所周知的线性同步凌日（LST）和二次同步凌日法（QST）来定位过渡态。在LST/QST计算之后，进行频率计算。LST/QST计算的真实跃迁状态由单个负频率证实。自由能校正是在298.15K的温度下用dmol3完成的。

数据结果符合预期，计算周期也与客户承诺一致。最后计算结果符合客户预期，客户对于计算结果非常满意，对工程师的专业度也很认可。