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事例紹介

Exabyte.io

触媒

白金表面における一酸化炭素の吸着計算

Ptのスラブ表面にCO分子が吸着する際の吸着エネルギーを第一原理計算から求めます。
まずPt111スラブとCOを合わせたモデルの作成仕方を説明します。PtスラブとCOを選択した後、Multi-Material 3D Editorを使用することで作成することができます。

図1 Pt111スラブ表面にCOを配置する様子 図1 Pt111スラブ表面にCOを配置する様子

表1 計算条件

項目 詳細
計算ソフト Quantum ESPRESSO
擬ポテンシャル Pt_pbe_gbrv_1.4.upf
C_pbe_gbrv_1.2.upf
O_pbe_gbrv_1.2.upf
カットオフ 波動関数 40 Ry
カットオフ 電子密度 200 Ry
k 3 × 3 × 1
収束閾値 10-6
mixingパラメータ 0.3
原子数 66原子
Pt:64
C:1、O:1
CPU Intel® Xeon® CPU
E5-2666 v3 @ 2.90GHz
コア数 36 core
図2 Pt111表面にCOがTopサイトに吸着した最適化構造 図2 Pt111表面にCOがTopサイトに吸着した最適化構造

構造最適化にかかった時間および金額を示します。精度が良くなるように収束閾値やmixingパラメータを設定したため計算時間はやや長くなりましたが、クラウド対応のためリソースを気にする必要がほとんどありません。

表2 計算時間および計算コスト

項目
計算時間 3days 3h 59 m 41 s(273,581 sec)
計算コスト $54.72

※ 計算コストは、Enterprise-Extraプランでセービングノードを使用した場合の価格です。

吸着エネルギーを求めたところ、1.69 eVになりました。実験からは1.43~1.71 eVと報告されている[1]-[3]ことから、範囲内に入った値となっております。よって、第一原理計算を用いて吸着エネルギーを算出することも可能になっています。

参考文献

  1. G. Ertl et al., Surf. Sci. 64, 393 (1977)
  2. H. Steining et al., Surf. Sci. 123, 264 (1982)
  3. Y.Y. Yeo et al., J. Chem. Phys. 106, 392 (1996)