HOME > プロダクト一覧 > Exabyte.io > 事例紹介

事例紹介

Exabyte.io

触媒

白金表面を移動する酸素原子のNEB計算

NEB計算により、白金Ptの111表面上を移動する酸素O原子の活性化エネルギーを求めることができます。
Pt表面にO原子を設置したモデルは、Exabyte.ioのMulti-Material 3D Editorを使用することで作成できます。hollow-HCPサイトとhollow-FCCサイトにO原子を配置したモデルを作成し、各々構造最適化を行ないます。

図1 hollow-HCPサイト(a)とhollow-FCCサイト(b)に酸素原子を配置したモデル 図1 hollow-HCPサイト(a) とhollow-FCCサイト(b) に酸素原子を配置したモデル

次にMaterials DesignerのInterpolated Setを使って、NEB計算用のモデルを作成します。ここではinitialをhollow-HCPサイト、finalをhollow-FCCサイトにして、中間のイメージモデルを3つ作成しています。作成したモデルを保存し、workflowのNudged Elastic Band(NEB)を用いてNEB計算を行います。

図2 NEBモデル作成の様子 図2 NEBモデル作成の様子

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
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 49原子
Pt:48
O:1
CPU Intel® Xeon® CPU
CPU E5-2667 v3 @ 3.20GHz
コア数 15 core

NEB計算により、hollow-HCPサイトからhollow-FCCサイトにO原子が移動する際のエネルギー曲線が求まります。

図3 hollow-HCPサイトからhollow-FCCサイトにO原子が移動する際のエネルギー曲線 図3 hollow-HCPサイトからhollow-FCCサイトにO原子が移動する際のエネルギー曲線
図4 hollow-HCPサイトからhollow-FCCサイトにO原子が移動する計算結果(上) 図4 hollow-HCPサイトからhollow-FCCサイトにO原子が移動する計算結果(上)
図5 hollow-HCPサイトからhollow-FCCサイトにO原子が移動する計算結果(側面) 図5 hollow-HCPサイトからhollow-FCCサイトにO原子が移動する計算結果(側面)

計算から求められたエネルギー障壁は0.53 eVでした。先行研究で計算された値は0.5 eVであり、今回の計算結果を近い値になっています[1]。実験値は0.43 eVで、計算値は実験値と近い値になっています[2]。

参考文献

  1. Pang Q, Zhang Y, Zhang J M, et al. Structural and electronic properties of atomic oxygen adsorption on Pt (111): A density-functional theory study. Appl Surf Sci, 2011, 257: 3047-3054
  2. J. Wintterlin, R. Schuster, and G. Ertl, Existence of a “Hot” Atom Mechanism for the Dissociation of O2 on Pt (111), Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 123 - 126