作者：小强

我们以CO分子吸附在Pd(110)表面的模型为例来和大家分享如何通过Materials Studio进行结构优化。我们首先将CO分子摆在Pd(110)表面，但是需要通过结构优化对吸附位及吸附方式进行优化。结构优化解决的问题主要包括分子要吸附在哪里，有多少分子会吸附在表面，吸附能是多少，结构是什么样子，吸附的机理是什么。下面我们来一起学习一下如何进行结构优化。

块体Pd和Pd(110)表面的俯视图。(110)解理面以蓝色高亮显示。a0是体晶格常数。优化块体Pd

• 首先导入块体Pd，对块体Pd进行结构优化，然后在块体Pd的基础上进行切面。块体Pd存在的路径为Structures/metals/pure-metals，导入Pd.msi。

• 进行结构优化，单击模块工具栏上的“CASTEP”按钮，然后选择“Calculation”或从菜单栏中选择“Modules | CASTEP | Calculation”。

• 根据计算需求，设置优化的精度以及其他参数。

• 结构优化默认是不优化晶胞的，因此需要进行选择。

• 将任务从“Energy”更改为“Geometry Optimization”。

• 点击“More...”按钮打开CASTEP几何优化对话框。

• 选中“Optimize cell”复选框并关闭对话框，点击“Run”开始计算。

• 将显示一个关于转换为“primitive cell”的消息对话框。单击“Yes”按钮。

• 优化结束后，在“Project Explorer”中，打开位于“Pd CASTEP GeomOpt”文件夹中的“Pd.xsd”文件。从菜单栏中选择“Build | Symmetry | Conventional Cell”。

优化CO分子

• 建立并优化CO分子。在“Project Explorer”中，右键单击CO molecule文件夹并选择New | 3D Atomistic Document。重命名为CO.xsd

• 选择“Build | Crystals | Build Crystal...”从菜单栏打开“Build Crystal”对话框。选择“Lattice Parameters”选项卡，将每个单元的长度a、b和c更改为8.00。单击“Build”按钮。

• 从菜单栏中选择“Build | Add Atoms”打开“Add Atoms”对话框。选择“Options”选项卡并确保坐标系设置为笛卡尔坐标系。在“Atoms”选项卡上单击“Add”按钮。

• 将元素更改为O，将x和y的值设为0.000。将z值更改为1.1283。单击“Add”按钮并关闭对话框。

• 打开“CASTEP Calculation”对话框，取消选中“Optimize cell”复选框并关闭对话框。在“CASTEP Calculation”对话框中，选择“Setup”选项卡并将“Quality”更改回“Medium”；在“Electronic”选项卡上，将k点设置从“Medium”更改为“Gamma”。

建立Pd(110)晶面并优化

• 从前面优化好的块体Pd中切晶面，从菜单栏中选择“Build | Surfaces | Cleave Surface”以打开“Cleave Surface”对话框。将Cleave plane (h k l)从-1 0 0更改为1 1 0，然后按TAB键。将“Fractional

Thickness”增加到1.5。单击“Cleave”按钮并关闭对话框。

• 从菜单栏打开“Build Vacuum Slab Crystal”对话框，选择“Build | Crystals | Build Vacuum Slab...”，将真空厚度从10.00更改为8.00，然后单击“构建”按钮。

• 打开“Lattice Parameters”对话框，选择“Advanced”选项卡，单击“Re-orient to standard”按钮。关闭对话框。

• 打开“Display Style”对话框并选择“Lattice”选项卡。在“Display style”区域中，将样式从“Default”更改为“Original”。关闭对话框。按向上箭头键两次。

• 按住SHIFT键，选择除最上面的Pd层以外的所有Pd原子。从菜单栏中选择“Modify | Constraints”以打开“Edit Constraints”对话框。选中“Fix fractional position”复选框并关闭对话框。

• 在3D查看器中，单击任意位置取消选择原子。打开“Display Style”对话框并选择“Atom”选项卡。将“Color by”选项更改为“Constraint”。将“Color by”选项更改回“Element”并关闭对话框。以上步骤都完成后即可对Pd(110)晶面进行结构优化。

在Pd(110)表面添加CO分子并优化其结构yz平面上CO吸附于Pd(110)表面上的几何结构。Original显示模式中，阴影原子不显示。

按照上图所示构型，将优化好的CO复制粘贴与优化好的Pd(110)表面

打开“CASTEP Calculation”对话框，优化参数已经选择过，不需要重新选择，点击“Run”按钮直接开始计算即可。

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