Name: probe type ii band alignment in one-dimensional van der waals heterostructures using first-principles calculations
Uploaded: 2019-10-12T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Probe Type II Band Alignment in One-Dimensional Van Der Waals Heterostructures Using First-Principles Calculations at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet fra China postdoc Science Foundation (Grant No. 2017M612348), Qingdao postdoc Foundation (Grant No. 3002000-861805033070) og fra Young talent Project på Ocean University of China (Grant No. 3002000-861701013151). Forfatterne takker Miss ya Chong Li for at forberede fortællingen.

1. Optimer den atomare struktur.
<ol><li>Forbered fire input filer til beregning af struktur lempelse af VASP: INCAR, POSCAR, POTCAR og KPOINTS. Bemærk: der er angivet parametre i INCAR-filen, der definerer beregningen. Linjen "EDIFFG = 0,02" i INCAR-filen indikerer, at alle atomer er afslappet, indtil kraften på hvert Atom er < 0,02 eV/Å. POSCAR-filen indeholder oplysninger om atomgeometrien. De indledende gitter parametre i poscar-filen kan vælges fra teoretiske3 eller eksperimentelle r...

<ol>
	<li>Collins, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accelerated+discovery+of+two+crystal+structure+types+in+a+complex+inorganic+phase+field.">Accelerated discovery of two crystal structure types in a complex inorganic phase field.</a> Nature. 546 (7657), 280-284 (2017).</li><li>Jain, A., Shin, Y., Persson, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+predictions+of+energy+materials+using+density+functional+theory.">Computational predictions of energy materials using density functional theory.</a> Nature Reviews Materials. 1 (1), 15004 (2016).</li><li>de Jong, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charting+the+complete+elastic+properties+of+inorganic+crystalline+compounds.">Charting the complete elastic properties of inorganic crystalline compounds.</a> Scientific Data. 2, 150009 (2015).</li><li>Fu, C. F., Wu, X. J., Yang, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Material+Design+for+Photocatalytic+Water+Splitting+from+a+Theoretical+Perspective.">Material Design for Photocatalytic Water Splitting from a Theoretical Perspective.</a> Advanced Materials. 30 (48), 1802106 (2018).</li><li>Gu, T., Luo, W., Xiang, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prediction+of+two-dimensional+materials+by+the+global+optimization+approach.">Prediction of two-dimensional materials by the global optimization approach.</a> Wiley Interdisciplinary Reviews-Computational Molecular Science. 7 (2), e1295 (2017).</li><li>Lejaeghere, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reproducibility+in+density+functional+theory+calculations+of+solids.">Reproducibility in density functional theory calculations of solids.</a> Science. 351 (6280), aad3000 (2016).</li><li>Kresse, G., Furthm&#252;ller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+Iterative+Schemes+for+ab+Initio+Total-Energy+Calculations+Using+a+Plane-Wave+Basis+Set.">Efficient Iterative Schemes for ab Initio Total-Energy Calculations Using a Plane-Wave Basis Set.</a> Physical Review B. 54 (16), 11169-11186 (1996).</li><li>Perdew, J. P., Burke, K., Ernzerhof, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generalized+Gradient+Approximation+Made+Simple.">Generalized Gradient Approximation Made Simple.</a> Physical Review Letters. 77 (18), 3865-3868 (1996).</li><li>Ozcelik, V. O., Azadani, J. G., Yang, C., Koester, S. J., Low, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Band+alignment+of+two-dimensional+semiconductors+for+designing+heterostructures+with+momentum+space+matching.">Band alignment of two-dimensional semiconductors for designing heterostructures with momentum space matching.</a> Physical Review B. 94 (3), 035125 (2016).</li><li>Gong, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robust+staggered+band+alignment+in+one-dimensional+van+der+Waals+heterostructures:+binary+compound+nanoribbons+in+nanotubes.">Robust staggered band alignment in one-dimensional van der Waals heterostructures: binary compound nanoribbons in nanotubes.</a> Journal of Materials Chemistry C. 7 (13), 3829-3836 (2019).</li><li>Grimme, S., Antony, J., Ehrlich, S., Krieg, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Consistent+and+Accurate+ab+Initio+Parametrization+of+Density+Functional+Dispersion+Correction+(DFT-D)+for+the+94+Elements+H-Pu.">A Consistent and Accurate ab Initio Parametrization of Density Functional Dispersion Correction (DFT-D) for the 94 Elements H-Pu.</a> Journal of Chemical Physics. 132 (15), 154104 (2010).</li><li>Zhang, L., Chen, Z. Q., Su, J., Li, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Data+mining+new+energy+materials+from+structure+databases.">Data mining new energy materials from structure databases.</a> Renewable &amp; Sustainable Energy Reviews. 107, 554-567 (2019).</li><li>Zakutayev, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+open+experimental+database+for+exploring+inorganic+materials.">An open experimental database for exploring inorganic materials.</a> Scientific Data. 5, 180053 (2018).</li><li>Kou, L. Z., Tang, C., Frauenheim, T., Chen, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrinsic+Charge+Separation+and+Tunable+Electronic+Band+Gap+of+Armchair+Graphene+Nanoribbons+Encapsulated+in+a+Double-Walled+Carbon+Nanotube.">Intrinsic Charge Separation and Tunable Electronic Band Gap of Armchair Graphene Nanoribbons Encapsulated in a Double-Walled Carbon Nanotube.</a> Journal of Physical Chemistry Letters. 4 (8), 1328-1333 (2013).</li><li>Kou, L. Z., Tang, C., Wehling, T., Frauenheim, T., Chen, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emergent+properties+and+trends+of+a+new+class+of+carbon+nanocomposites:+graphene+nanoribbons+encapsulated+in+a+carbon+nanotube.">Emergent properties and trends of a new class of carbon nanocomposites: graphene nanoribbons encapsulated in a carbon nanotube.</a> Nanoscale. 5 (8), 3306-3314 (2013).</li><li>Kang, J., Tongay, S., Zhou, J., Li, J. B., Wu, J. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Band+offsets+and+heterostructures+of+two-dimensional+semiconductors.">Band offsets and heterostructures of two-dimensional semiconductors.</a> Applied Physics Letters. 102 (1), 012111 (2013).</li><li>Makov, G., Payne, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Periodic+boundary+conditions+in+ab+initio+calculations.">Periodic boundary conditions in ab initio calculations.</a> Physical Review B. 51 (7), 4014-4022 (1995).</li><li>Chen, C., Lee, M., Clark, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Band+gap+modification+of+singlewalled+carbon+nanotube+and+boron+nitride+nanotube+under+a+transverse+electric+field.">Band gap modification of singlewalled carbon nanotube and boron nitride nanotube under a transverse electric field.</a> Nanotechnology. 15 (12), 1837 (2004).</li><li>Zhang, Z. H., Guo, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy-gap+Modulation+of+BN+Ribbons+by+Transverse+Electric+Fields:+First-Principles+Calculations.">Energy-gap Modulation of BN Ribbons by Transverse Electric Fields: First-Principles Calculations.</a> Physical Review B. 77 (7), 075403 (2008).</li><li>Sahin, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monolayer+Honeycomb+Structures+of+Group-IV+Elements+and+III-V+Binary+Compounds:+First-Principles+Calculations.">Monolayer Honeycomb Structures of Group-IV Elements and III-V Binary Compounds: First-Principles Calculations.</a> Physical Review B. 80 (15), 155453 (2009).</li><li>Yang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combining+Photocatalytic+Hydrogen+Generation+and+Capsule+Storage+in+Graphene+Based+Sandwich+Structures.">Combining Photocatalytic Hydrogen Generation and Capsule Storage in Graphene Based Sandwich Structures.</a> Nature Communications. 8, 16049 (2017).</li><li>Neugebauer, J., Scheffler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adsorbate-substrate+and+adsorbate-adsorbate+interactions+of+Na+and+K+adlayers+on+Al(111).">Adsorbate-substrate and adsorbate-adsorbate interactions of Na and K adlayers on Al(111).</a> Physical Review B. 46 (24), 16067 (1992).</li><li>He, W., Li, Z. Y., Yang, J. L., Hou, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electronic+structures+of+organic+molecule+encapsulated+BN+nanotubes+under+transverse+electric+field.">Electronic structures of organic molecule encapsulated BN nanotubes under transverse electric field.</a> Journal of Chemical Physics. 124 (15), 154709 (2006).</li><li>Zhang, R. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+Z-Scheme+Water+Splitting+Photocatalyst+Based+on+Two-Dimensional+Van+Der+Waals+Heterostructures.">Direct Z-Scheme Water Splitting Photocatalyst Based on Two-Dimensional Van Der Waals Heterostructures.</a> Journal of Physical Chemistry Letters. 9 (18), 5419-5424 (2018).</li><li>Paiera, J., Marsman, M., Hummer, K., Kresse, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Screened+hybrid+density+functionals+applied+to+solids.">Screened hybrid density functionals applied to solids.</a> Journal of Chemical Physics. 124 (15), 154709 (2006).</li><li>Pyzer-Knapp, E. O., Suh, C., G&#243;mez-Bombarelli, R., Aguilera-Iparraguirre, J., Aspuru-Guzik, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+Is+High-Throughput+Virtual+Screening?+A+Perspective+from+Organic+Materials+Discovery.">What Is High-Throughput Virtual Screening? A Perspective from Organic Materials Discovery.</a> Annual Review of Materials Research. 45, 195-216 (2015).</li><li>Cerqueira, T. F. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+Novel+Cu,+Ag,+and+Au+Ternary+Oxides+from+Global+Structural+Prediction.">Identification of Novel Cu, Ag, and Au Ternary Oxides from Global Structural Prediction.</a> Chemistry of Materials. 27 (13), 4562-4573 (2015).</li></ol>

Beregningerne for elektroniske egenskaber i afsnit 2, 3 og 4 vil være de samme som i forskellige nanoskala-materialer. Den oprindelige atomare model i trin 1 skal være omhyggeligt designet til at udtrække meningsfulde oplysninger. For eksempel kan faktoren for valg af modellen være materialernes størrelse eller chiralitet. Også, den oprindelige atomare model i trin 1,1 bør være rimeligt forberedt til lavpris struktur afslapning. At tage nanokomposit i protokollen som et eksempel, bør NR være indkapslet inde i N...

Den verdensomspændende efterspørgsel efter ren og bæredygtig energi har ansporet forskning for lovende materialer til at reducere afhængigheden af begrænsede råolie ressourcer. Simuleringer er mere effektive og økonomiske end eksperimenter med at accelerere søgningen efter nye funktionelle materialer1. Materiale design fra et teoretisk perspektiv2,3,4 er nu mere og mere populært på grund af hurtige fremskridt i beregningsressourcer og teoriudvikling, hvilket gør beregningsmæssige simuleringer mere pålidelige5 . Den tæthed funktionelle teori (DFT) beregninger implementeret i mange koder bliver mere robust og udbytte reproducerbare resultater6.
Wien ab initio simulation Package (VASP)7 præsenterer en af de mest lovende DFT koder til forudsigelse af molekylære og krystallinske egenskaber og mere end 40.000 undersøgelser gør brug af denne kode er blevet offentliggjort. Det meste arbejde udføres på Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) funktionelle niveau8, som undervurderer bandet Gap størrelser, men fanger de væsentlige tendenser i bånd justering og band forskydninger3. Denne protokol har til formål at skitsere detaljerne i at undersøge bandet Edge profiler og bandgab af nanoskala materialer til ren og vedvarende energi ved hjælp af dette beregningsværktøj. Der findes flere eksempler på brug af VASP på https://www.vasp.at.
Denne rapport præsenterer beregningsmæssige screening af endimensionelle (1D) VDW heterostrukturer med type II-bånd justeringer9 for en lovende anvendelse i foto katalytisk vand opdeling4. Specifikt, nanoribbons (NRS) indkapslet inde nanorør (NTS) er undersøgt som et eksempel10. For at adressere ikke-kovalente interaktioner er vdW-korrektioner med metoden DFT-D3 inkluderet11. DFT beregninger i trin 1,2, 2,2, 3,2, 3.5.2, og afsnit 4 af VASP udføres ved hjælp af en Portable batch system (PBS) script af de højtydende forsknings computere i CenTOS systemet. Et eksempel på et PBS-script er vist i de supplerende materialer. Den datapost Processing af P4VASP software i trin 3,3 og figuren plot af xmgrace software i trin 3,4 bæres på en lokal computer (laptop eller desktop) i Ubuntu-systemet.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Nanotube Modeler</td>
			<td>Developed by Dr. Steffen Weber</td>
			<td>NanotubeModeler1.8</td>
			<td>http://www.jcrystal.com/products/wincnt/NanotubeModeler.exe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P4VASP</td>
			<td>Orest Dubay</td>
			<td>p4vasp 0.3.30</td>
			<td>Open source, available at www.p4vasp.at</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>v2xsf</td>
			<td>Developed by Dr. Jens Kunstmann</td>
			<td>v2xsf</td>
			<td>http://theory.chm.tu-dresden.de/~jk/software.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VASP software</td>
			<td>Computational Materials Physics, Dept. of Physics, University of Vienna</td>
			<td>vasp.5.4.1</td>
			<td>https://www.vasp.at</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VMD software</td>
			<td>Theoretical and Computational Biophysics Group, University of Illinois at Urbana-Champaign</td>
			<td>vmd1.9.3</td>
			<td>https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>xcrysden</td>
			<td>Dept. of Physical and Organic Chemistry, Jozef Stefan Institute</td>
			<td>XCrySDen1.5.60</td>
			<td>http://www.xcrysden.org/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xmakemol</td>
			<td>Developed by M. P. Hodges</td>
			<td>xmakemol5.16</td>
			<td>https://www.nongnu.org/xmakemol/XmakemolDownloads.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xmgrace software</td>
			<td>Grace Development Team under the coordination of Evgeny Stambulchik</td>
			<td>xmgrace5.1.25</td>
			<td>http://plasma-gate.weizmann.ac.il/Grace/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

probe type ii band alignment in one-dimensional van der waals heterostructures using first-principles calculations

Beregningsmæssige værktøjer baseret på tæthed-funktionel teori (DFT) gør det muligt at udforske de kvalitativt nye, eksperimentelt opnåelige nanoskala forbindelser til en målrettet applikation. Teoretiske simuleringer giver en dybtgående forståelse af funktionelle materialers iboende elektroniske egenskaber. Målet med denne protokol er at søge efter katalysator kandidater ved Computational Dissection. Fotokatalytiske applikationer kræver passende bånd huller, passende bånd kant positioner i forhold til redox potentialerne. Hybride funktioners kan give nøjagtige værdier af disse egenskaber, men er beregningsmæssigt dyre, mens resultaterne på Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) funktionelle niveau kunne være effektive til at foreslå strategier for band strukturteknik via elektrisk felt og træk stamme sigter mod at forbedre den fotokatalytiske ydeevne. For at illustrere dette, i det nuværende manuskript, anvendes DFT baseret simuleringsværktøj vasp til at undersøge bandet tilpasning af nanokompositter i kombinationer af nanorør og nanoribbons i jorden tilstand. For at adressere levetiden for foto genererede huller og elektroner i den ophidsede tilstand er der behov for nonadiabatiske dynamik beregninger.

Zigzag BN-NRs indkapslet i lænestol BN-NTs (11, 11) blev valgt som repræsentative eksempler for en 1D vdW heterostruktur. Gitter parametrene blev taget fra Sahin et al.20. For nemheds skyld er zigzag NRs forkortet Zn, hvor n repræsenterer III-V-dimere langs bredden14. Indkapsling energi EL fra trin 2,3 blev brugt som et groft estimat for den energiske stabilitet af nanokomposit. EL -værdierne for z2, z3og z4</s...

Watch this Scientific Journal Video about Probe Type II Band Alignment in One-Dimensional Van Der Waals Heterostructures Using First-Principles Calculations at JoVE.com

Probe Type II Band Alignment in One-Dimensional Van Der Waals Heterostructures Using First-Principles Calculations

Beregninger udført af Vienna ab initio simulation Package kan bruges til at identificere de iboende elektroniske egenskaber af nanoskala materialer og forudsige de potentielle vand-opdeling foto katalysatorer.

Probe type II bånd justering i endimensionel van der Waals Heterostrukturer ved hjælp af første-principper beregninger

Computational tools based on density-functional theory (DFT) enable the exploration of the qualitatively new, experimentally attainable nanoscale ...

Denne protokol rapporterer en beregningsbaseret screening af fotokatalysator med type to obligation tilpasning af første principper Softwire store udtryksfulde Calais, bor nitrit nanoribbons indkapslet inde nanorør. Og tage andre eksempler. Trin et, optimer atomstrukturen.Forbered dig på inputfiler til strukturafslapningsberegning af store, INCAR, POSCAR, POTCAR og KPOINTS. Der er angivne parametre i filen INCAR, der definerer beregningen. Linjen i filen INCAR omgivet af blå boks, i tilfælde af at alle atomer er afslappet, indtil kraften på hvert atom er mindre end 0,028 pr atom.Filen POSCAR indeholder oplysninger om atomgeometri. De oprindelige gitterparametre i filen, POSCAR kan vælges blandt de radikale eller eksperimentelle referencer. Som angivet med orange boks.KPOINTS definerer en KPOINT-maske, og POSCAR er stadig den potentielle fil genererer den oprindelige struktur af bornitrit nanoribbon til POSCAR. Første download POSCAR for bor nitrit box enhed fra hjemmesiden for The Materials Project. De brugte V2SXF til at konvertere POSCAR til en fil med SXF-format.SXF-filen kan være det rigtige udtryk. Skriv V2SXF POSCAR på no in band to-systemet. Og output POSCAR SXFGZ tab gunzi POSCAR, delta SXF-GZ.Og output POSCAR SXF. Vi vil bruge xcrysden til at bygge supercell af bor nitrit. Skriv xcrysden-sxf POSCAR.Xsf.Vælg menuen, ændre antallet af sygdom tegnet og udvide stil i X og Y retning. Vælg menuen, fil. Gem XSF-strukturen for at eksportere supercellestrukturen.Brug xmakemol til at åbne supercellen ved at skrive xmakemol-f supercell. Vælg menuen, og tilføj den synlig. Klik skifte for at forsinke atomer inde i lige og støbt nanoribbon med den ønskede bredde og chirality.Bornitrit nanorør kan konstrueres af nanotube modeler, åben nanotube modeler EXC i Window system. Vælg menuen, og vælg type B-N. Og angiv chirality.Vælg menuen, fil, gem XYZ-tabellen for at eksportere denne struktur. Brug VMD Southwire til at kontrollere atomstrukturen, før du begynder at udføre beregningsjobbet. Skriv VMD på det interne VMD-system.I det åbne VMD hovedvindue. Vælg menuen, fil, molekyle, og find POSCAR gennem gennemse vinduet. Indlæs POSCAR efter typen MAGE og scoren POSCAR.Få vist strukturen efter forskellige typografier i vinduet med grafiske repræsentationer. Vælg f.eks. Hvert atom repræsenteres af en kugle, og hver obligation repræsenteres af en stav.Skriv qsub-job. pbs for at sende jobbet til computeren. Klasse til en bærbar batch systemer script.Dette er et eksempel på det script, der hedder job.pbs. Når jobbet er afsluttet, hvis forholdet kræver nøjagtighed stop struktur energi minimering vises i slutningen af output lås. Det konvergerende resultat er en pend.Den resulterende POSCAR vil blive brugt som en inputfil POSCAR til følgende beregninger. Til analyse af materialers elektroniske egenskaber. Trin to.Beregn indkapslingsenergien. Type mkdir nanocomposite isoleret-nanoribbon isoleret-nanorør til at skabe qsub mapper til nanokomposit, nanoribbon og nanorør interne i Linux-system. Forbered et PBS-script, job.pbs og fire inputfiler INCAR, POSCAR, POTCAR og KPOINTS. Til energi, beregning i hver mappe. Inputfilen POSCAR på samme måde, som slapper af struktur og tælle CAR former, at en.Gå til hver mappe, og skriv qsub-job. pbs på det interne Linux-system. Rækken af parrede job vil udføre de statiske selvkonsistente energiberegninger af nanokompositter, isolerer nanoribbon, isolerer nanorør hhv.Næste spor den samlede energi fra filen OUTCAR for hvert system back up kommando. Når du har afsluttet de statiske selvoptinkde beregninger, beregnes indkapslingsenergien som vist i denne formel. Nanokomposittens periodiske interaktion er tillade Z-akse, og L er gitterkonstanten i enhedscellen langs Z.Indkapslingsenergien kan bruges som et estimat for nanokompositens energiske stabilitet.Trin tre, uddrag de elektroniske egenskaber fra båndstrukturen. Forbered et PBS, scriptjob. pbs og de seks inputfiler.INCAR, POSCAR, POTCAR, KPOINTS, CHGCAR og CHG. For band-beregninger, sagde ICHARG svarer til 11 i INCAR. ChGCAR- og CHG-filerne før konverteringen er fra statiske selvkonsistente beregninger.KPOINT-prøvetagningen i KPOINTS er i linjetilstand. Skriv qsub-job. pbs på interne Linux-system til at indsende jobbet.Brug p4vasprun til at generere det projicerede bånd. Lad vasprun. xml ved at skrive p4v vasprun.xml på terminalen. Vælg menuen, elektroniske lokale DOS bands. Styr og vælg derefter bånd.Angiv atomnumrene på nanorør i valget af etiketatomer. Få atomnummeret ved at pege på de tilsvarende atomer ved hjælp af VMD. Angiv symbolets farve, type og størrelse for den projicerede båndstruktur.Disse menuer symbol og symbolet størrelse. Tryk på menuen, tilføj ny linje. Grafen vil vise bandet struktur med bidrag fra nanotube.Gentag derefter den samme procedure for at samle projiceret bånd med bidrag fra nanoribbon. Vælg eksport af menugraf. Eksporter grafen til filen med agr-format.F.eks. gemt som 11-4.agr. Brug XM-karakterer til at id'et de projicerede bånd. Skriv xmgrace11-4.agr på terminal til at starte xmgrace i menusystemet. Vælg menuen, afbild adgangsegenskaber til id-mærket og aksens område. Vælg det manuelle plotsæt, der skal læse energiværdien som angivet båndnummer og nøglepunkt.Release band maksimum og ledningsbånd minimum af nanorør eller nanoribbon kan være lige fra den forventede band med bidrag fra nanorør eller nanoribbons henholdsvis. Beregn derefter valencebåndsforskydningen, forskydning af ledningsbåndet og båndgabet. Vælg menuen, fil, peg for at eksportere grafen med APS-formater.Beregn båndet nedbrydes for at oplade tæthed for VBM og CBM. Forbered et pbs, scriptjob. pbs og syv inputfiler, INCAR, POSCAR, POTCAR, KPOINTS, WAVECAR, CHGCAR og CHG.Angiv båndnumrene for CBM og VBM. Skriv derefter IBAND i INCAR. Brug det enkelte tilsvarende KPOINT for hver båndkant.Punktet konvergerer CHGCAR, CHG. Og WAVECAR filer, er fra statiske selv-konsistente beregninger. Skriv qsub-job.pbs på interne Linux-system til at indsende jobbet. Brug VMD til at plotte VBM og CBM i det virkelige rum efter jobbet færdig. Start en VMD-session, og indlæs POSCAR.Vælg menuen, fil, nyt molekyle i VMD hovedvinduet. Find PARCHG gennem gennemsynsvinduet. Læg PARCHG'en efter typen, tryk og score PARCHG.Vælg menuen, tegn fast overflade og vis en fast overflade i vinduet med grafiske repræsentationer. Ændre ISO-værdien til en passende værdi, f.eks. Skift farven på ISO-overfladen gennem menuen farve metode.Trin fire, modulere nanokompositens elektroniske egenskaber efter eksterne felter. Tilføj et tværgående elektrisk felt til nanokompositen. Forbered et PBS, scriptjob.pbs og de fire inputfiler, INCAR, POSCAR, POTCAR og KPOINTS. Definer styrken af det elektriske felt ved hjælp af tag e-feltet i enheder af eV Astrum. Indstil LDIPOL er lig med T, sæt IDIPOL er lig med 2.Og det elektriske felt vil blive anvendt tillade Y-akse. Udfør statiske selvoptrumte beregninger og båndstrukturberegninger efter trin to og tre uden strukturoptimering. Tilføj en langsgående test af styrke til nanokomposit, kæde gitter parameter langs den periodiske retning for at overveje strengen effekt.For eksempel, for at optimere gitter parameteren af nanocomposite langs aksen er 2,5045 Astrum Hvis anvendes 1%, og den aksiale trækstyrke langs Z gennem handling. Skift gitterparameteren i POSCAR til 2.529545 Astrum. Slæd på ændringsstrukturen efter trin et, udfør statiske selvoptrumte beregninger og båndstrukturberegninger efter trin to og tre.repræsentative resultater. Indkapslingsenergien kan bruges som et groft skøn for nanokomposittens energiske stabilitet. Indkapslingsenergien i bornitridetnanoribbons, en 2, en 3, og en 4 indkapslet inde i bornittetnanotube 11, 11 er 0,033 eV Astrum, 0,068 eV Astrum og 0131 eV Astrum hhv.Selv om indkapslingsenergien varierer efter en størrelsesorden med nanoribbonstørrelsen, er alle tre nanokompositter til stede type to båndjustering. Dette er et band struktur af bornitrid og nanoribbons, en fire indkapslet inde i bor nitrit nanorør, 11, 11. Valence band maksimum og ledningsbånd minimum placeret på nanorør og nanoribbon henholdsvis.Den forskudte båndjustering er gavnlig for lysstrøm til den vigtigste afgiftsmekanisme, der er som følger. Billedet genererer elektrisk annonceskrog i nanoribbons på X-punktet. Så hele dissociates fra nanoribbons til nanotube.Den beregnede valence bånd offset er 317 mikro eV. Det er større end den termiske energi på 300 Kelvins, som er omkring 13 mikro eV. Dette reducerer effektivt rekombinationshastigheden af fotogenererede bærere.For at forbedre lyshøsten gennem et bredt spektrum, overfører dette elektrisk felt og trækstyrke i længderetningen på bornitrit nanoribbons, en fire indkapslet inde i bornitrit nanorør, 11, 11. Dette er udviklingen af båndkanter i forhold til vakuumniveauet og reagerer ikke på noget felt. En betydelig reduktion af kløften op til næsten 0,95 eV observeres i denne nanokomposit på begge eksterne områder.Endnu vigtigere er, at forskudt bånd tilpasning bevares mod diffus. Vandets redoxpotentialer er markeret med de blå stiplede linjer. Båndkanterne er i forhold til redox-potentialerne, hvilket indikerer, at en sådan nanokomposit kan være lovende for vanddeling. Konklusion.Det er hurtigt og effektivt at bruge en beregningsbaseret screening tilgang til at opdage lavdimensionelle materialer, der besidder egenskaber egnet til solo vand opdeling. En sådan endimensional system kan foreslå at integrere en foto-catalated brint generation og sikker kapsel stil rækkevidde. De foto-genererede elektroner kunne indsamles af nanoribbon, protoner trænge gennem nanorør til at generere brint molekyle følgeskab af elektrostatisk tiltrækning.Den producerede brint er helt isoleret i nanorøret for at undgå uønsket omvendt reaktion eller eksplosion. De første principberegninger vil undervurdere kløftens status ved hjælp af PPE-funktionsfunktionen. Men de kan fange de væsentlige tendenser i band tilpasning og band forskydninger.Mere præcise værdier af valence band offset, ledningsbånd offset og bandet hul er nødvendige, hvis sammenlignet med eksperimentelle arbejde, operere funktionelle ville være temmelig ansat, hvilket vil være tidskrævende end PPE funktion. Udover at løse levetiden af foto genereret skrog og elektrisk i statiske stater nano diabetikere nægte mig nogle beregninger, der er nødvendige. Dette er vigtigt at designe foto-katalysatorer med lang levetid karriere.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Preparation and Use of Samarium Diiodide (SmI2) in Organic Synthesis: The Mechanistic Role of HMPA and Ni(II) Salts in the Samarium Barbier Reaction

Preparation and Use of Samarium Diiodide SmI2 in Organic Synthesis: The Mechanistic Role of HMPA and NiII Salts in the Samarium Barbier Reaction

Fremstilling og anvendelse af Samarium Diiodide (SMI<sub&gt; 2</sub&gt;) I Organic Synthesis: Den mekanistiske rolle HMPA og Ni (II) salte i Samarium Barbier Reaction

Although initially considered an esoteric reagent, SmI2 has become a common tool for synthetic organic chemists. SmI2 is generated through the addition of ...

Analyzing Protein Dynamics Using Hydrogen Exchange Mass Spectrometry

Analyserer Protein Dynamics hjælp af brint Exchange massespektrometri

All cellular processes depend on the functionality of proteins. Although the functionality of a given protein is the direct consequence of its unique ...

Quantitative and Qualitative Examination of Particle-particle Interactions Using Colloidal Probe Nanoscopy

Kvantitative og kvalitative Undersøgelse af Particle-partikel vekselvirkninger Brug Kolloid Probe Nanoscopy

Colloidal Probe Nanoscopy (CPN), the study of the nano-scale interactive forces between a specifically prepared colloidal probe and any chosen substrate ...

Iridium(III) Luminescent Probe for Detection of the Malarial Protein Biomarker Histidine Rich Protein-II

IridiumIII Luminescent Probe for Detection of the Malarial Protein Biomarker Histidine Rich Protein-II

Iridium (III) Luminescent Probe for Påvisning af malaria Protein Biomarker Histidin Rich Protein-II

This work outlines the synthesis of a non-emissive, cyclometalated Ir(III) complex, Ir(ppy)2(H2O)2+ (Ir1), which elicits a rapid, long-lived ...

Post Column Derivatization Using Reaction Flow High Performance Liquid Chromatography Columns

Indlæg Kolonne Derivatisering anvendelse af reaktionsbetingelser Flow High Performance Liquid Chromatography Columns

A protocol for the use of reaction flow high performance liquid chromatography columns for methods employing post column derivatization (PCD) is ...

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

Ikke-ligevægt Mikrobølge Plasma til effektiv høj temperaturkemi

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

Low Pressure Vapor-assisted Solution Process for Tunable Band Gap Pinhole-free Methylammonium Lead Halide Perovskite Films

Lavtryk damp-assisteret løsningsprocessen for afstemmelige Band Gap Pinhole-fri Methylammonium bly Halogenid Perovskite film

Organo-lead halide perovskites have recently attracted great interest for potential applications in thin-film photovoltaics and optoelectronics. Herein, ...

A Closed-Type Wireless Nanopore Electrode for Analyzing Single Nanoparticles

En lukket Type trådløs Nanopore elektrode til at analysere enkelt nanopartikler

Measuring the intrinsic features of single nanoparticles by nanoelectrochemistry holds deep fundamental importance and has potential impacts in ...

Organic Structure-directing Agent-free Synthesis for *BEA-type Zeolite Membrane

Organisk struktur-lede agent-fri syntese for * BEA-type Zeolit membran

Membrane separation has drawn attention as a novel-energy saving separation process. Zeolite membranes have great potential for hydrocarbon separation in ...