Materials Studio官方教程：Kinetix——蒙特卡洛方法模拟CO的氧化【1】

Materials Studio官方教程：Kinetix——蒙特卡洛方法模拟CO的氧化【2】

6、添加更多反应过程

尽管到目前为止，所定义的模拟过程已经具有吸附CO和O₂以及脱附CO₂的必要过程，但它并不能正确地表示反应中涉及的全部过程。特别是那些关于CO和O化合物扩散的过程。扩散通常比吸附或解吸快得多。在选择参数时必须加以注意，以避免在扩散上花费太多的计算时间。

CO或O₂的解吸（与吸附过程相反）也被省略。

吸附速率系数对温度的依赖性很弱，而解吸速率系数对温度的依赖性很强。

此处将首先添加一个过程来描述CO的扩散。

打开原始的ZGBProcesses.xkp文档，选择Processes选项卡。对新的过程类型选择Diffusion，单击Add按钮。

在Process Details选项卡中输入CODiff作为Identifier，CO diffusion作为Description。将Specification type更改为Rates，将Rate coefficient更改为25。

在Process Sites选项卡中，对Species选择CO。

扩散过程假设一个化合物从一个位置移动到另一个先前空置的位置，留下原始位置空置。

现在，将添加一个类似的过程来描述O的扩散。

在Processes选项卡中添加另一个Diffusion过程。

在Process Details选项卡中输入ODiff作为Identifier，O diffusion作为Description。将Specification type更改为Rates，将Rate coefficient更改为15。

在Process Sites选项卡中，对Species选择O。

通过选择25和15的速率系数，这些过程比CO和氧气的吸附要快得多。然而，CO₂的形成目前是通过一个即时过程来描述的，因此，当CO化合物位于O化合物占据的位置附近时，就会发生CO₂的形成。CO₂的形成速率系数应介于吸附过程和扩散过程速率系数之间。

在Processes选项卡上，选择CO2Des过程。在Process Details选项卡上，将Specification type更改为Rates，将Rate coefficient更改为5。

现在需要添加CO和O₂解吸过程，如下所示：

根据上表添加两个指定的新过程。

这将是本教程过程文档的最终形式。在继续之前，应该保存工程。

从菜单栏中选择File | Save Project。

现在将重新运行模拟，并将部分结果与上一次运行进行比较。

使ZGB.xkc成为当前文档。打开Kinetix Calculation对话框，确保已选择Constant conditions任务。单击Run按钮并关闭对话框。

一个名为ZGB Kinetix ConstCond (2)的新文件夹将添加到Project Explorer中。当计算任务结束后，将与之前的模拟相同，创建相同的一系列文件。

在Project Explorer中，从新的结果文件夹中打开ZGB.kout。打开Kinetix Analysis对话框，对CO和O化合物设置一个Concentrations分析。单击View按钮。

包括扩散在内的模拟过程中化合物的平均浓度

与第一次运行的等效图相比表明，O的稳态浓度比以前低，CO的浓度增加。

使用Kinetix Analysis对话框对所有Reactions执行Rates分析。单击View按钮。

由此产生的图表将立即显示，模拟主要由两个扩散过程主导。虽然CO扩散的速率系数比O扩散的速率系数更高，但O扩散在速率图中占主导地位，因为O的平均浓度更高。现在，将生成另一个没有扩散过程的速率图。

在Kinetix Analysis对话框中，取消勾选CODiff和ODiff复选框。单击View按钮并关闭对话框。

包括扩散在内的模拟过程的平均反应速率

将该Rates图与第一次运行的速率图进行比较表明，三个主要关注的过程（COAds、O2Ads和CO2Des）的速率都略有上升，尽管它们显示的相对值相同。

正如预期的那样，由于为这些过程设置的速率系数非常低，CODes和O2Des过程的贡献可以忽略不计。

现在可查看新的构型演变。

在Project Explorer中，从新的结果文件夹中打开ZGBTraj.xkc。以与上一个构型文档相同的方式修改显示方式，并使用animation controls逐步遍历各帧。停止动画。

在Configuration View中，输入7作为Frame，然后按下TAB键。

新的ZGBTraj.xkc视图应大致如下所示：

包含扩散过程的模拟期间的构型

扩散过程的加入使得CO和O化合物能够在构型周围移动，而CO₂过程的变化使用了5的速率系数，这意味着CO化合物有可能存在于O化合物附近的晶格位置。

尽管该模拟的第二个版本比最初的简单运行与真实过程更为接近，但由于包含了扩散和解吸过程，模型仍有改进的余地。

这些改进在Pt(1 1 1)表面上CO氧化的多位点模拟（Multi-site modeling of CO oxidation on a Pt(1 1 1) surface）教程中进行了讨论。

从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。

本教程到此结束。

本教程对应视频将在杨站长视频号、华算科技B站同步推送，敬请各位关注。

参考文献：

R.M. Ziff, E. Gulari, Y. Barshad, "Kinetic Phase Transitions in an Irreversible Surface-Reaction Model", Phys. Rev. Lett., 56, 2553-2556 (1986).

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