甲烷晶体的晶格能和弹性性质: 不同方法及泛函的评估

郑朝阳 赵纪军

引用本文: 郑朝阳, 赵纪军. 甲烷晶体的晶格能和弹性性质: 不同方法及泛函的评估[J]. 物理化学学报, 2012, 28(08): 1809-1814. doi: 10.3866/PKU.WHXB201205242 shu
Citation:  ZHENG Zhao-Yang, ZHAO Ji-Jun. Lattice Energies and Elastic Properties of Solid Methane: Assessment of Different Density Functionals[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2012, 28(08): 1809-1814. doi: 10.3866/PKU.WHXB201205242 shu

甲烷晶体的晶格能和弹性性质: 不同方法及泛函的评估

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(11174045) (11174045)

    中央高校基本科研业务费(DUT12YQ05)资助项目 (DUT12YQ05)

摘要:

通过对甲烷晶体进行结构、晶格能和弹性特性的研究, 评估了不包含和包含色散能量修正的密度泛函理论的性能. 我们分别利用不包含色散能量修正的密度泛函理论(DFT) (包含不同的标准泛函和杂化泛函)和包含色散能量修正的密度泛函理论(DFT-D)计算了甲烷晶体特性, 并与实验作对比. 尽管DFT-D 与传统密度泛函理论及杂化密度泛函理论相比, 修正了甲烷晶体中的范德华(vdW)相互作用, 但是一些修正方案过分修正了这种相互作用. 因此, 人们在使用DFT-D方法时务必谨慎.

English

    1. [1]

      (1) Dobson, J. F.; McLennan, K.; Rubio, A.;Wang, J.; uld, T.;Le, H. M.; Dinte, B. P. Aust. J. Chem. 2001, 54 (8), 513. doi: 10.1071/CH01052

      (1) Dobson, J. F.; McLennan, K.; Rubio, A.;Wang, J.; uld, T.;Le, H. M.; Dinte, B. P. Aust. J. Chem. 2001, 54 (8), 513. doi: 10.1071/CH01052

    2. [2]

      (2) Johnson, B.; Gill, P.; Pople, J. J. Chem. Phys. 1993, 98 (7),5612. doi: 10.1063/1.464906(2) Johnson, B.; Gill, P.; Pople, J. J. Chem. Phys. 1993, 98 (7),5612. doi: 10.1063/1.464906

    3. [3]

      (3) Johnson, E. R.; DiLabio, G. A. Chem. Phys. Lett. 2006, 419 (4-6), 333. doi: 10.1016/j.cplett.2005.11.099(3) Johnson, E. R.; DiLabio, G. A. Chem. Phys. Lett. 2006, 419 (4-6), 333. doi: 10.1016/j.cplett.2005.11.099

    4. [4]

      (4) Zhang, Y.; Pan,W.; Yang,W. J. Chem. Phys. 1997, 107 (19),7921. doi: 10.1063/1.475105(4) Zhang, Y.; Pan,W.; Yang,W. J. Chem. Phys. 1997, 107 (19),7921. doi: 10.1063/1.475105

    5. [5]

      (5) Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2006, 3 (1),289.(5) Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2006, 3 (1),289.

    6. [6]

      (6) Gianturco, F. A.; Paesani, F.; Laranjeira, M. F.; Vassilenko, V.;Cunha, M. A. J. Chem. Phys. 1999, 110 (16), 7832. doi: 10.1063/1.478690(6) Gianturco, F. A.; Paesani, F.; Laranjeira, M. F.; Vassilenko, V.;Cunha, M. A. J. Chem. Phys. 1999, 110 (16), 7832. doi: 10.1063/1.478690

    7. [7]

      (7) Wu, Q.; Yang,W. J. Chem. Phys. 2002, 116 (2), 515. doi: 10.1063/1.1424928(7) Wu, Q.; Yang,W. J. Chem. Phys. 2002, 116 (2), 515. doi: 10.1063/1.1424928

    8. [8]

      (8) Grimme, S. J. Comput. Chem. 2004, 25 (12), 1463. doi: 10.1002/jcc.20078(8) Grimme, S. J. Comput. Chem. 2004, 25 (12), 1463. doi: 10.1002/jcc.20078

    9. [9]

      (9) Grimme, S. J. Comput. Chem. 2006, 27 (15), 1787. doi: 10.1002/jcc.20495(9) Grimme, S. J. Comput. Chem. 2006, 27 (15), 1787. doi: 10.1002/jcc.20495

    10. [10]

      (10) Grimme, S.; Antony, J.; Ehrlich, S.; Krieg, H. J. Chem. Phys.2010, 132 (15), 154104. doi: 10.1063/1.3382344(10) Grimme, S.; Antony, J.; Ehrlich, S.; Krieg, H. J. Chem. Phys.2010, 132 (15), 154104. doi: 10.1063/1.3382344

    11. [11]

      (11) Ortmann, F.; Bechstedt, F.; Schmidt,W. G. Phys. Rev. B 2006,73 (20), 205101. doi: 10.1103/PhysRevB.73.205101(11) Ortmann, F.; Bechstedt, F.; Schmidt,W. G. Phys. Rev. B 2006,73 (20), 205101. doi: 10.1103/PhysRevB.73.205101

    12. [12]

      (12) Tkatchenko, A.; Scheffler, M. Phys. Rev. Lett. 2009, 102 (7),073005. doi: 10.1103/PhysRevLett.102.073005(12) Tkatchenko, A.; Scheffler, M. Phys. Rev. Lett. 2009, 102 (7),073005. doi: 10.1103/PhysRevLett.102.073005

    13. [13]

      (13) Grimme, S. Wires Comput. Mol. Sci. 2011, 1 (2), 211. doi: 10.1002/wcms.30(13) Grimme, S. Wires Comput. Mol. Sci. 2011, 1 (2), 211. doi: 10.1002/wcms.30

    14. [14]

      (14) Tsuzuki, S.; Tanabe, K. J. Phys. Chem. 1991, 95 (6), 2272. doi: 10.1021/j100159a032(14) Tsuzuki, S.; Tanabe, K. J. Phys. Chem. 1991, 95 (6), 2272. doi: 10.1021/j100159a032

    15. [15]

      (15) Tsuzuki, S.; Uchimaru, T.; Mikami, M.; Tanabe, K. J. Phys. Chem. A 1998, 102 (12), 2091. doi: 10.1021/jp973467d(15) Tsuzuki, S.; Uchimaru, T.; Mikami, M.; Tanabe, K. J. Phys. Chem. A 1998, 102 (12), 2091. doi: 10.1021/jp973467d

    16. [16]

      (16) Tsuzuki, S.; Uchimaru, T.; Tanabe, K. Chem. Phys. Lett. 1998,287 (1-2), 202. doi: 10.1016/S0009-2614(98)00159-6(16) Tsuzuki, S.; Uchimaru, T.; Tanabe, K. Chem. Phys. Lett. 1998,287 (1-2), 202. doi: 10.1016/S0009-2614(98)00159-6

    17. [17]

      (17) Tsuzuki, S.; Uchimaru, T.; Tanabe, K. Chem. Phys. Lett. 1998,287 (3-4), 327. doi: 10.1016/S0009-2614(98)00193-6(17) Tsuzuki, S.; Uchimaru, T.; Tanabe, K. Chem. Phys. Lett. 1998,287 (3-4), 327. doi: 10.1016/S0009-2614(98)00193-6

    18. [18]

      (18) Tsuzuki, S.; Uchimaru, T.; Tanabe, K.; Kuwajima, S. J. Phys. Chem. 1994, 98 (7), 1830.(18) Tsuzuki, S.; Uchimaru, T.; Tanabe, K.; Kuwajima, S. J. Phys. Chem. 1994, 98 (7), 1830.

    19. [19]

      (19) Li, A. H. T.; Chao, S. D. J. Chem. Phys. 2006, 125 (9), 094312.doi: 10.1063/1.2345198(19) Li, A. H. T.; Chao, S. D. J. Chem. Phys. 2006, 125 (9), 094312.doi: 10.1063/1.2345198

    20. [20]

      (20) Hazen, R.; Mao, H.; Finger, L.; Bell, P. Appl. Phys, Lett. 1980,37 (3), 288. doi: 10.1063/1.91909(20) Hazen, R.; Mao, H.; Finger, L.; Bell, P. Appl. Phys, Lett. 1980,37 (3), 288. doi: 10.1063/1.91909

    21. [21]

      (21) Bini, R.; Pratesi, G. Phys. Rev. B 1997, 55 (22), 14800. doi: 10.1103/PhysRevB.55.14800(21) Bini, R.; Pratesi, G. Phys. Rev. B 1997, 55 (22), 14800. doi: 10.1103/PhysRevB.55.14800

    22. [22]

      (22) Colwell, J.; Gill, E.; Morrison, J. J. Chem. Phys. 1964, 40 (7),2041. doi: 10.1063/1.1725446(22) Colwell, J.; Gill, E.; Morrison, J. J. Chem. Phys. 1964, 40 (7),2041. doi: 10.1063/1.1725446

    23. [23]

      (23) Press,W. J. Chem. Phys. 1972, 56 (6), 2597. doi: 10.1063/1.1677586(23) Press,W. J. Chem. Phys. 1972, 56 (6), 2597. doi: 10.1063/1.1677586

    24. [24]

      (24) Shimizu, H.; Nakashima, N.; Sasaki, S. Phys. Rev. B 1996, 53 (1), 111. doi: 10.1103/PhysRevB.53.111(24) Shimizu, H.; Nakashima, N.; Sasaki, S. Phys. Rev. B 1996, 53 (1), 111. doi: 10.1103/PhysRevB.53.111

    25. [25]

      (25) Nakahata, I.; Matsui, N.; Akahama, Y.; Kawamura, H. Chem. Phys. Lett. 1999, 302 (3-4), 359. doi: 10.1016/S0009-2614(99)00092-5(25) Nakahata, I.; Matsui, N.; Akahama, Y.; Kawamura, H. Chem. Phys. Lett. 1999, 302 (3-4), 359. doi: 10.1016/S0009-2614(99)00092-5

    26. [26]

      (26) Kimel, S.; Ron, A.; Hornig, D. J. Chem. Phys. 1964, 40 (11),3351. doi: 10.1063/1.1725006(26) Kimel, S.; Ron, A.; Hornig, D. J. Chem. Phys. 1964, 40 (11),3351. doi: 10.1063/1.1725006

    27. [27]

      (27) Kunz, A. B. J. Phys. Condens. Mat. 1994, 6 (17), L233.(27) Kunz, A. B. J. Phys. Condens. Mat. 1994, 6 (17), L233.

    28. [28]

      (28) Spanu, L.; Donadio, D.; Hohl, D.; Galli, G. J. Chem. Phys.2009, 130 (16), 164520. doi: 10.1063/1.3120487(28) Spanu, L.; Donadio, D.; Hohl, D.; Galli, G. J. Chem. Phys.2009, 130 (16), 164520. doi: 10.1063/1.3120487

    29. [29]

      (29) Yamamoto, T.; Kataoka, Y. Phys, Rev. Lett. 1968, 20 (1), 1. doi: 10.1103/PhysRevLett.20.1(29) Yamamoto, T.; Kataoka, Y. Phys, Rev. Lett. 1968, 20 (1), 1. doi: 10.1103/PhysRevLett.20.1

    30. [30]

      (30) Kunz, A. B. Phys. Rev. B 1974, 9 (12), 5330. doi: 10.1103/PhysRevB.9.5330(30) Kunz, A. B. Phys. Rev. B 1974, 9 (12), 5330. doi: 10.1103/PhysRevB.9.5330

    31. [31]

      (31) Piela. L.; Pietronero, L.; Resta, R. Phys. Rev. B 1973, 7 (12),5321. doi: 10.1103/PhysRevB.7.5321(31) Piela. L.; Pietronero, L.; Resta, R. Phys. Rev. B 1973, 7 (12),5321. doi: 10.1103/PhysRevB.7.5321

    32. [32]

      (32) Bucko, T. S.; Hafner, J. R.; Lebègue, S. B.; Ángyán, J. N. G.J. Phys. Chem. A 2010, 114 (43), 11814. doi: 10.1021/jp106469x(32) Bucko, T. S.; Hafner, J. R.; Lebègue, S. B.; Ángyán, J. N. G.J. Phys. Chem. A 2010, 114 (43), 11814. doi: 10.1021/jp106469x

    33. [33]

      (33) Shimojo, F.;Wu, Z.; Nakano, A.; Kalia, R. K.; Vashishta, P.J. Chem. Phys. 2010, 132 (9), 094106. doi: 10.1063/1.3336452(33) Shimojo, F.;Wu, Z.; Nakano, A.; Kalia, R. K.; Vashishta, P.J. Chem. Phys. 2010, 132 (9), 094106. doi: 10.1063/1.3336452

    34. [34]

      (34) Slough,W.; Perger,W. F. Chem. Phys. Lett. 2010, 498 (1-3),97. doi: 10.1016/j.cplett.2010.08.049(34) Slough,W.; Perger,W. F. Chem. Phys. Lett. 2010, 498 (1-3),97. doi: 10.1016/j.cplett.2010.08.049

    35. [35]

      (35) Clark, S. J.; Segall, M. D.; Pickard, C. J.; Hasnip, P. J.; Probert,M. I. J.; Refson, K.; Payne, M. C. Zeitschrift f ü r Kristallographie 2005, 220 (5-6), 567. doi: 10.1524/zkri.220.5.567.65075(35) Clark, S. J.; Segall, M. D.; Pickard, C. J.; Hasnip, P. J.; Probert,M. I. J.; Refson, K.; Payne, M. C. Zeitschrift f ü r Kristallographie 2005, 220 (5-6), 567. doi: 10.1524/zkri.220.5.567.65075

    36. [36]

      (36) Hamann, D. R.; Schlüter, M.; Chiang, C. Phys, Rev. Lett. 1979,43 (20), 1494. doi: 10.1103/PhysRevLett.43.1494(36) Hamann, D. R.; Schlüter, M.; Chiang, C. Phys, Rev. Lett. 1979,43 (20), 1494. doi: 10.1103/PhysRevLett.43.1494

    37. [37]

      (37) Ceperley, D. M.; Alder, B. J. Phys. Rev. Lett. 1980, 45 (7), 566.doi: 10.1103/PhysRevLett.45.566(37) Ceperley, D. M.; Alder, B. J. Phys. Rev. Lett. 1980, 45 (7), 566.doi: 10.1103/PhysRevLett.45.566

    38. [38]

      (38) Perdew, J. P.; Zunger, A. Phys. Rev. B 1981, 23 (10), 5048. doi: 10.1103/PhysRevB.23.5048(38) Perdew, J. P.; Zunger, A. Phys. Rev. B 1981, 23 (10), 5048. doi: 10.1103/PhysRevB.23.5048

    39. [39]

      (39) Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77 (18), 3865. doi: 10.1103/PhysRevLett.77.3865(39) Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77 (18), 3865. doi: 10.1103/PhysRevLett.77.3865

    40. [40]

      (40) Hammer, B.; Hansen, L. B.; Nørskov, J. K. Phys. Rev. B 1999,59 (11), 7413. doi: 10.1103/PhysRevB.59.7413(40) Hammer, B.; Hansen, L. B.; Nørskov, J. K. Phys. Rev. B 1999,59 (11), 7413. doi: 10.1103/PhysRevB.59.7413

    41. [41]

      (41) Perdew, J. P.;Wang, Y. Phys. Rev. B 1992, 45, 13244.doi: 10.1103/PhysRevB.45.13244(41) Perdew, J. P.;Wang, Y. Phys. Rev. B 1992, 45, 13244.doi: 10.1103/PhysRevB.45.13244

    42. [42]

      (42) Wu, Z.; Cohen, R. E. Phys. Rev. B 2006, 73 (23), 235116. doi: 10.1103/PhysRevB.73.235116(42) Wu, Z.; Cohen, R. E. Phys. Rev. B 2006, 73 (23), 235116. doi: 10.1103/PhysRevB.73.235116

    43. [43]

      (43) Seidl, A.; Görling, A.; Vogl, P.; Majewski, J. A.; Levy, M. Phys. Rev. B 1996, 53 (7), 3764. doi: 10.1103/PhysRevB.53.3764(43) Seidl, A.; Görling, A.; Vogl, P.; Majewski, J. A.; Levy, M. Phys. Rev. B 1996, 53 (7), 3764. doi: 10.1103/PhysRevB.53.3764

    44. [44]

      (44) Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98 (7), 5648. doi: 10.1063/1.464913(44) Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98 (7), 5648. doi: 10.1063/1.464913

    45. [45]

      (45) Lee, C.; Yang,W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37 (2), 785.doi: 10.1103/PhysRevB.37.785(45) Lee, C.; Yang,W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37 (2), 785.doi: 10.1103/PhysRevB.37.785

    46. [46]

      (46) Adamo, C.; Barone, V. J. Chem. Phys. 1999, 110 (13), 6158.doi: 10.1063/1.478522(46) Adamo, C.; Barone, V. J. Chem. Phys. 1999, 110 (13), 6158.doi: 10.1063/1.478522

    47. [47]

      (47) Perger,W. F.; Pandey, R.; Blanco, M. A.; Zhao, J. Chem. Phys. Lett. 2004, 388 (1-3), 175. doi: 10.1016/j.cplett.2004.02.100(47) Perger,W. F.; Pandey, R.; Blanco, M. A.; Zhao, J. Chem. Phys. Lett. 2004, 388 (1-3), 175. doi: 10.1016/j.cplett.2004.02.100

    48. [48]

      (48) Birch, F. Phys. Rev. 1947, 71 (11), 809.(48) Birch, F. Phys. Rev. 1947, 71 (11), 809.

    49. [49]

      (49) Tsuzuki, S.; Lüthi, H. P. J. Chem. Phys. 2001, 114 (9), 3949.doi: 10.1063/1.1344891(49) Tsuzuki, S.; Lüthi, H. P. J. Chem. Phys. 2001, 114 (9), 3949.doi: 10.1063/1.1344891

    50. [50]

      (50) Gray, D. L.; Robiette, A. G. Mol. Phys. 1979, 37 (6), 1901. doi: 10.1080/00268977900101401

      (50) Gray, D. L.; Robiette, A. G. Mol. Phys. 1979, 37 (6), 1901. doi: 10.1080/00268977900101401

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  953
  • 文章访问数:  2686
  • HTML全文浏览量:  54
文章相关
  • 发布日期:  2012-07-10
  • 收稿日期:  2012-03-26
  • 网络出版日期:  2012-05-24
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章