材料表面吸附能计算实战教程

📚 共计 30 章节

吸附能基础概念

什么是吸附能、物理吸附与化学吸附的区别、吸附能的计算公式与物理意义。

概念热力学

计算环境搭建

Linux基础命令回顾、VASP/Quantum ESPRESSO编译安装、Python与ASE库配置。

表面模型构建

切面工具使用（ASE、Material Studio）、超胞与真空层设置、表面能计算。

吸附位点识别

高对称位点（顶位、桥位、空位）、吸附位点的几何与电子判据。

位点对称性

结构优化基础

DFT参数设置（ENCUT、KPOINTS、EDIFFG）、弛豫策略与收敛判据。

吸附能计算脚本

Python自动化提交VASP任务、读取OUTCAR提取能量、吸附能批量计算。

Python自动化

吸附能校正

零点能（ZPE）校正、范德华力校正（DFT-D3）、溶剂化效应校正。

校正ZPEDFT-D3

差分电荷密度分析

CHGCAR处理、VTST工具使用、电荷转移可视化。

态密度（DOS）分析

分波态密度（PDOS）、d带中心理论、吸附强度与d带中心的关系。

过渡态搜索（NEB）

CI-NEB方法、初末态准备、能垒计算与爬坡确认。

溶剂模型应用

隐式溶剂模型（VASPsol）、显式溶剂层构建、溶剂对吸附能的影响。

温度与压力效应

热力学校正（vibrational analysis）、吸附等温线计算、巨正则系综。

热力学等温线

合金表面吸附

表面偏析、应变效应、配体效应与电子效应解耦。

二维材料表面吸附

MoS2、石墨烯等模型构建、层数依赖的吸附能变化。

2DMoS2石墨烯

单原子催化剂吸附

单原子锚定模型、配位环境对吸附能的影响、稳定性评估。

电化学界面吸附

电极电势引入方法、计算氢电极（CHE）模型、pH效应。

机器学习加速吸附能预测

数据集构建、描述符选择（d带中心、配位数）、GPR/SISSO模型训练。

高通量筛选流程

Python脚本自动化结构生成、任务提交、结果后处理与数据库存储。

高通量自动化

吸附能数据库构建

MongoDB/SQLite存储、API接口设计、数据可视化（Plotly）。

催化活性描述符

火山图绘制、吸附能与催化活性的关联、Sabatier原理。

火山图Sabatier

反应路径分析

基元步骤能量图、速率决定步骤（RDS）识别、微动力学模拟入门。

表面覆盖度效应

不同覆盖度下的吸附能变化、侧向相互作用模型、平均场近似。

覆盖度平均场

缺陷与台阶位吸附

氧空位、边缘位、台阶位的吸附能计算与活性对比。

气体分离与存储

MOF/COF表面吸附、选择性计算、吸附等温线模拟。

腐蚀与钝化机制

氧吸附与氧化膜形成、Pourbaix图计算、钝化膜稳定性。

电池界面吸附

锂离子在负极表面的吸附、SEI膜形成能、枝晶抑制策略。

光催化表面反应

光生载流子效应、激子结合能、表面活性位点光稳定性。

光催化激子

多尺度模拟方法

DFT+U与杂化泛函选择、力场参数拟合、KMC模拟入门。

结果可视化与论文图表

Python（Matplotlib/Seaborn）绘制吸附能趋势图、VESTA结构图渲染。

综合实战项目

CO2还原为甲醇的全路径吸附能计算、活性位点筛选、论文级图表生成。