A Molecular Dynamics Study of Carbon Dimerization on Cu(111) Surface with Optimized DFTB Parameters

Di YIN Zongyang QIU Pai LI Zhenyu LI

Citation:  YIN Di, QIU Zongyang, LI Pai, LI Zhenyu. A Molecular Dynamics Study of Carbon Dimerization on Cu(111) Surface with Optimized DFTB Parameters[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2018, 34(10): 1116-1123. doi: 10.3866/PKU.WHXB201801151 shu

采用优化的DFTB参数对铜(111)表面碳二聚化的分子动力学研究

    通讯作者: 李震宇, zyli@mail.ustc.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金-广东联合基金(第二期)超级计算科学应用研究专项 U1501501

    国家自然科学基金(21573201), 科学技术部(2016YFA0200604)及国家自然科学基金-广东联合基金(第二期)超级计算科学应用研究专项(U1501501)资助

    科学技术部 2016YFA0200604

    国家自然科学基金 21573201

摘要: 针对铜表面化学反应,我们发展了一套铜-碳体系的密度泛函紧束缚(DFTB)参数。测试结果表明这套参数可以很好的描述吸附铜或碳原子前后铜表面的几何结构和能量。基于这套参数,我们对Cu(111)表面的碳二聚化过程进行了分子模拟研究。即使在高温下,直接的分子动力学模拟也很难观察到碳二聚体的形成。这是因为高温下铜表面显著的结构弛豫一定程度上阻止了二聚化。为了研究高温下铜表面碳二聚化的机理,我们进行了赝动力学模拟。发现在二聚化的过程中,碳原子形成C-Cu-C桥状结构以后,会绕中间Cu原子转动,最后形成碳二聚体。1300 K下碳二聚化的自由能垒约0.9 eV。

English

    1. [1]

      Tetlow, H.; de Boer, J. P.; Ford, I.; Vvedensky, D.; Coraux, J.; Kantorovich, L. Phys. Rep. 2014, 542, 195. doi: 10.1016/j.physrep.2014.03.003

    2. [2]

      Wu, P.; Zhang, W.; Li, Z.; Yang, J. Small 2014, 10, 2136. doi: 10.1002/smll.201303680

    3. [3]

      Wu, P.; Zhang, Y.; Cui, P.; Li, Z. Y.; Yang, J. L.; Zhang, Z. Y. Phys. Rev. Lett. 2015, 114, 216102. doi: 10.1103/PhysRevLett. 114.216102

    4. [4]

      Li, P.; Li, Z.; Yang, J. J. Phys. Chem. C 2017, 121, 25949. doi: 10.1021/acs.jpcc.7b09622

    5. [5]

      Wu, P.; Zhang, W.; Li, Z.; Yang, J.; Hou, J. G. J. Chem. Phys. 2010, 133, 071101. doi: 10.1063/1.3473045

    6. [6]

      Li, X.; Cai, W.; An, J.; Kim, S.; Nah, J.; Yang, D.; Piner, R.; Velamakanni, A.; Jung, I.; Tutuc, E. Science 2009, 324, 1312. doi: 10.1126/science.1171245

    7. [7]

      Henkelman, G.; Uberuaga, B. P.; Jónsson, H. J. Chem. Phys. 2000, 113, 9901. doi: 10.1063/1.1329672

    8. [8]

      Elstner, M.; Porezag, D.; Jungnickel, G.; Elsner, J.; Haugk, M.; Frauenheim, T.; Suhai, S.; Seifert, G. Phys. Rev. B 1998, 58, 7260. doi: 10.1103/PhysRevB.58.7260

    9. [9]

      Frauenheim, T.; Seifert, G.; Elstner, M.; Hajnal, Z.; Jungnickel, G.; Porezag, D.; Suhai, S.; Scholz, R. Phys. Stat. Sol. (b) 2000, 217, 41. doi: 10.1002/(SICI)1521-3951(200001)217:1<41::AID-PSSB41>3.0.CO;2-V

    10. [10]

      Porezag, D.; Frauenheim, T.; Kohler, T.; Seifert, G.; Kaschner, R. Phys. Rev. B 1995, 51, 12947. doi: 10.1103/PhysRevB.51.12947

    11. [11]

      Elstner, M.; Frauenheim, T.; Kaxiras, E.; Seifert, G.; Suhai, S. Phys. Stat. Sol. (b) 2000, 217, 357. doi: 10.1002/(SICI)1521-3951(200001) 217:1<357::AID-PSSB357>3.0.CO;2-J

    12. [12]

      Elstner, M. Theor. Chem. Acc. 2006, 116, 316. doi: 10.1007/s00214-005-0066-0

    13. [13]

      Page, A. J.; Ohta, Y.; Irle, S.; Morokuma, K. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 1375. doi: 10.1021/ar100064g

    14. [14]

      Wang, Y.; Page, A. J.; Nishimoto, Y.; Qian, H.-J.; Morokuma, K.; Irle, S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18837. doi: 10.1021/ja2064654

    15. [15]

      Li, H. -B.; Page, A. J.; Wang, Y.; Irle, S.; Morokuma, K. Chem. Comm. 2012, 48, 7937. doi: 10.1039/C2CC32995F

    16. [16]

      Wahiduzzaman, M.; Oliveira, A. F.; Philipsen, P.; Zhechkov, L.; van Lenthe, E.; Witek, H. A.; Heine, T. J. Chem. Theory Compt. 2013, 9, 4006. doi: 10.1021/Ct4004959

    17. [17]

      Oliveira, A. F.; Philipsen, P.; Heine, T. J. Chem. Theory Compt. 2015, 11, 5209. doi: 10.1021/ acs.jctc.5b00702

    18. [18]

      Slater-Koster files containing atomic parameters used in DFTB calculations. http://www.dftb.org/parameters/ (accessed Dec 1, 2017)

    19. [19]

      Frenzel, J.; Oliveira, A. F.; Duarte, H. A.; Heine, T.; Seifert, G. Z. Anorg. Allg. Chem. 2005, 631, 1267. doi: 10.1002/zaac.200500051

    20. [20]

      Guimaraes, L.; Enyashin, A. N.; Frenzel, J.; Heine, T.; Duarte, H. A.; Seifert, G. ACS Nano 2007, 1, 362. doi: 10.1021/nn700184k

    21. [21]

      Koskinen, P.; Makinen, V. Comput. Mater. Sci. 2009, 47, 237. doi:/ 10.1016/j.commatsci.2009.07.013

    22. [22]

      Slater, J. C.; Koster, G. F. Phys. Rev. 1954, 94, 1498. doi: 10.1103/PhysRev.94.1498

    23. [23]

      Gaus, M.; Cui, Q. A.; Elstner, M. J. Chem. Theory Compt. 2011, 7, 931. doi: 10.1021/Ct100684s

    24. [24]

      Grundk tter-Stock, B.; Bezugly, V.; Kunstmann, J.; Cuniberti, G.; Frauenheim, T.; Niehaus, T. A. J. Chem. Theory Compt. 2012, 8, 1153. doi: 10.1021/ct200722n

    25. [25]

      Gaus, M.; Chou, C. -P.; Witek, H.; Elstner, M. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 11866. doi: 10.1021/jp902973m

    26. [26]

      Bodrog, Z.; Aradi, B.; Frauenheim, T. J. Chem. Theory Compt. 2011, 7, 2654. doi: 10.1021/ct200327s

    27. [27]

      José, M. S.; Emilio, A.; Julian, D. G.; Alberto, G.; Javier, J.; Pablo, O.; Daniel, S. -P. J. Phys.: Condens. Matter 2002, 14, 2745. doi: 10.1088/0953-8984/14/11/302

    28. [28]

      Thomas, F.; Gotthard, S.; Marcus, E.; Thomas, N.; Christof, K.; Marc, A.; Michael, S.; Zoltán, H.; Aldo, Di, C.; Sándor, S. J. Phys.: Condens. Matter 2002, 14, 3015. doi: 10.1088/0953-8984/14/11/313

    29. [29]

      Aradi, B.; Hourahine, B.; Frauenheim, T. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 5678. doi: 10.1021/jp070186p

    30. [30]

      Kresse, G.; Furthmuller, J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15. doi: 10.1016/0927-0256(96)00008-0

    31. [31]

      Kresse, G.; Furthmuller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169. doi: 10.1103/PhysRevB.54.11169

    32. [32]

      Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865. doi: 10.1103/PhysRevLett.77.3865

    33. [33]

      Knaup, J. M.; Hourahine, B.; Frauenheim, T. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 5637. doi: 10.1021/jp0688097

    34. [34]

      Burdick, G. A. Phys. Rev. 1963, 129, 138. doi: 10.1103/PhysRev.129.138

    35. [35]

      Shin, H.; Kang, S.; Koo, J.; Lee, H.; Kim, J.; Kwon, Y. J. Chem. Phys. 2014, 140, 114702. doi: 10.1063/1.4867544

    36. [36]

      Van Wesep, R. G.; Chen, H.; Zhu, W.; Zhang, Z. J. Chem. Phys. 2011, 134, 171105. doi: 10.1063/1.3587239

    37. [37]

      Laio, A.; Parrinello, M. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 12562. doi: 10.1073/pnas.202427399

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  • 发布日期:  2018-10-15
  • 收稿日期:  2017-12-18
  • 接受日期:  2018-01-11
  • 修回日期:  2018-01-11
  • 网络出版日期:  2018-10-15
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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