Približné metódy zahrnutia disperzných interakcií v rámci DFT

Abstrakt: 

DFT metódy sú dnes pravdepodobne najpoužívanejším pracovným nástrojom v oblasti teoretickej materiálovej vedy a katalýzy. Jednou zo zásadných slabín DFT metód je nepresný alebo úplne absentujúci popis van der Waalsových interakcií – tie sú ale určujúce pre vlastnosti celej škály materiálov ako sú napríklad molekulové a vrstevnaté kryštály. V rámci tohto projektu budeme pracovať na vývoji približných metód na zahrnutie vdW interakcií a aplikácií týchto metód na štúdium vlastností technologicky zaujímavých materiálov (zeolity, NTE materiály, taveniny iónových zlúčenín).

Odbor: 
teoretická chémia, fyzika tuhej fázy
Vedecká časť: 

Náš príspevok k vývoju disperzných korekčných metód pre DFT výpočty bude založený na nedávno navrhnutom semi-klasickom variante random-phase aproximácie (RPA) korelačnej energie, ktorý umožňuje efektívny výpočet mnoho-časticových disperzných interakcií medzi indukovanými dipólmi a zahŕňa tiež elektrodynamické „response screening“ efekty všetkých poriadkov. V rámci tohto projektu sa pokúsime o systematické vylepšenie tejto metódy, pričom sa pokúsime rozšíriť jej použiteľnosť na iónové materiály. Nadviažeme na našu predchádzajúcu prácu, v ktorej sme ukázali, že použitie štandardnej Hirshfeldovej partičnej schémy vo výpočte približnej polarizovateľnosti atómov v interagujúcom systéme vedie k nesprávnym predpovediam vlastností iónových materiálov. Ako sme ukázali, jednoduché riešenie tohto problému spočíva v nahradení štandardnej partičnej schémy jej iteratívnym variantom.
Nami implementované metódy DFT s disperznými korekciami budú použité v aplikačnej časti tohto projektu, ktorá bude zahŕňať výpočty termálnych vlastností kryštalických látok a štúdium zloženia tavenín iónových zlúčenín.

Socioekonomický a technologický dopad: 

Tento projekt bude zameraný na základný výskum a nepredpokladáme jeho priamy socioekonomický alebo technologický dopad.

Technická časť: 

V rámci realizácie projektu bude použitý program VASP, ktorého licenciu riešiteľ projektu vlastní.

Spolufinancovanie: 
0.00
Výstupy: 
A DFT investigation of the adsorption of iodine compounds and water in H-, Na-, Ag-, and Cu- mordenite S. Chibani, M. Chebbi, S. Lebegue, T. Bucko, M. Badawi J. Chem. Phys. 144, 244705 (2016).
C6 coefficients and dipole polarizabilities for all atoms and many ions in rows 16 of the periodic table T. Gould, T. Bucko J. Chem. Theory Comput. 12, 3603–3613 (2016).
A fractionally ionic approach to polarizability and van der Waals many-body dispersion calculations T. Gould, S. Lebegue, J. G. Angyan, T. Bucko J. Chem. Theory Comput. 12, 5920–5930 (2016).
Catalytic conversion of ethanol to 1,3-butadiene on MgO: A comprehensive mechanism elucidation using DFT calculations W. Taifan, T. Bucko, J. Baltrusaitis J. Catal., 346, 78–91 (2017).
The dependence on ammonia pretreatment of NO activation by Co(II) sites in zeolites: a DFT and ab initio molecular dynamics study E. Broclawik, K. Gora-Marek, M. Radon, T. Bucko, A. Stepniewski J. Mol. Model., 23, 160 (2017).
Dissociative iodomethane adsorption on Ag-MOR and formation of AgI clusters: an ab-initio molecular dynamics study T. Bucko, S. Chibani, J. F. Paul, L. Cantrel, M. Badawi Phys. Chem. Chem. Phys., 17, 27530 (2017).
Ab initio calculation of the migration free energy of oxygen diffusion in pure and samarium doped ceria J. Koettgen, P. C. Schmidt, T. Bucko, M. Martin Phys. Rev. B, 97, 024305 (2018).
Effect of alkaline metal cations on the ionic structure of cryolite melts: ab-initio NpT MD study T. Bucko, F. Simko J. Chem. Phys., 148, 064501 (2018).
Transition state optimization of periodic systems using delocalized internal coordinates T. Bucko, Theor. Chem. Acc., 137, 164 (2018).
On the work function of the surface Mo(001) and its temperature dependence: an ab-initio molecular dynamics study T. Bucko, M. Novotný, I. Černušák J. Phys.: Condens. Matter, 50, 505001 (2018).
Bridging molecular dynamics and correlated wave-function methods for accurate finite-temperature properties D. Rocca, A. Dixit, M. Badawi, S. Lebegue, T. Gould, T. Bucko Phys. Rev. Materials, 3, 040801(R) (2019).
On the origin of the difference between type A and type B skeletal isomerization of alkenes catalyzed by zeolites: the crucial input of ab initio molecular dynamics J. Rey, A. Gomez, P. Raybaud, C. Chizallet, T. Bucko J. Catal., 373, 361 (2019).
Competition of secondary versus tertiary carbenium routes for the type B isomerization of alkenes over acid zeolites quantified by AIMD simulations J. Rey, P. Raybaud, C. Chizallet, T. Bucko ACS Catal. 9, 9813 (2019).
Computing RPA adsorption enthalpies by machine learning thermodynamic perturbation theory B. Chehaibou, M. Badawi, T. Bucko, T. Bazhirov, D. Rocca J. Chem. Theory Comput. 15, 6333–6342 (2019).
Dynamic features of transition states for β-scission reactions of alkenes over acid zeolites revealed by AIMD simulations J. Rey, Ch. Bignaud, P. Raybaud, T. Bucko, C. Chizallet Angew. Chem. Int. Ed. 59, 18938 (2020).
Ab initio calculations of free energy of activation at multiple electronic structure levels made affordable: An effective combination of perturbation theory and machine learning T. Bucko, M. Gesvandtnerova, D. Rocca J. Chem. Theory Comput. 16, 6049–6060 (2020).
Anharmonic correction to adsorption free energy from DFT-based MD using thermodynamic integration J. Amsler, Ph. Plessow, F. Studt, T. Bucko J. Chem. Theory Comput. 17, 1155–1169 (2021).
Methanol carbonylation over acid mordenite: Insights from ab initio molecular dynamics and machine learning thermodynamic perturbation theory M. Gesvandtnerova, D. Rocca, T. Bucko J. Catal. 396, 196–178 (2021).