CeO2反应能垒计算模拟——清析客户检测案例

类别：客户案例 414 2023-06-30

2023年5月5日，本人接到北京某大学客户的计算需求。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

客户是北京某大学的教授，希望通过模拟计算软件，解释以下问题

需求（1） CeO2、CeO2中掺杂Mn，计算2种模型的电荷密度差分、ELF、PDOS、反应能垒对比

需求（2）四乙基氯化铵与抗坏血酸结合的RDG分析

样品名称

1、对比样：CeO2

目标样：CeO2中掺杂Mn ，其中Mn掺杂比例为5%

2、四乙基氯化铵与抗坏血酸

客户需求

1、计算CeO2，以及掺杂N后CeO2，两个模型的电荷密度差分、DOS、ELF和H202脱H生成O2的反应能垒对比，客户的预期是Mn与Ce之间存在电子转移，且掺杂Mn后反应能垒降低，有利于反应的进行。

2、客户预期四乙基氯化铵中的氯与抗坏血酸中的羟基形成氢键产生相互作用。

解决方案

需求1：所有DFT计算均基于Vienna Ab inito Simulation Package（VASP）[1-2]进行。交换相关效应由广义梯度近似（GGA）方法中的Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）泛函描述[3-4]。核心价态相互作用通过投影增强波（PAW）方法计算[5]。平面波展开的能量截止被设置为400eV。通过Dudarev等人[6]的方法，将现场校正（DFT+U）应用于Ce原子的6f电子（Ueff=5.0eV）。完成了能量和力收敛的结构优化，分别设置为1.0×10-4eV和0.05eV-1。对于CeO2，用以伽马（Γ）点为中心的2×2×1网格对布里渊区进行采样。对于CeO2 LDH，由于板的大尺寸，用以伽马（Γ）点为中心的1×1×1网格对布里渊区进行采样。Grimme的DFT-D3方法[7]用于描述色散相互作用。

应的吉布斯自由能变化（ΔG）使用以下公式计算：

其中，ΔE是直接从DFT计算中获得的电子能量差，ΔZPE是零点能量差，T是室温（298.15K），ΔS是熵变。

需求2：DFT计算基于Gaussian 09，并使用具有DFT-D3相关性的B3LYP/6-31+G（d，p）进行优化和频率计算[1-8]。使用Multiwfn计算降低梯度密度（RDG），并由可视化分子动力学（VMD）提供

客户反馈

数据结果符合客户预期，计算得出的结果可以解释客户的问题，计算周期在客户承诺的预期内，计算完成后及时解答客户问题，对我们的平台服务非常满意。

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