基于密度泛函计算的Ti氧化物精确第一性原理电化学相图
材料科学
2015-12-31 v1
摘要
开发一种用于固体电化学稳定性的精确模拟方法，并理解与其精度相关的物理机制，对于改善化合物性能以及预测新材料在水环境中的稳定性至关重要。本文中，我们提出了一种用于精确计算第一性原理电化学相(Pourbaix)图的工作流。基于该方案，我们利用密度泛函理论研究Ti和Ti氧化物的电化学稳定性。首先，我们发现交换关联泛函在预测形成能和电化学稳定性方面的精度与其中的电子交换相互作用密切相关。其次，对电子交换相互作用具有更精确描述的metaGGA和杂化(hybrid)泛函使得Pourbaix图的精度得到系统性提升。此外，我们表明精确的Ti Pourbaix图还需要通过振动对自由能的贡献来计入热效应。然后，我们利用这些图解释了Ti-O体系的各种实验电化学现象，并表明如果直接使用Ti氧化物在实验中的形成能（由于其于高温（燃烧）条件下生成而含有缺陷贡献）来预测室温Pourbaix图，则会导致显著的不准确性。相反，来自精确第一性原理计算（例如使用metaGGA和杂化泛函）的形成能被发现更为可靠。最后，为了便于我们精确电化学相平衡图未来的应用，还提供了Ti Pourbaix图随水溶液离子浓度的变化。
引用
@article{arxiv.1511.05549,
title = {Accurate First-Principles Electrochemical Phase Diagrams for Ti Oxides from Density Functional Calculations},
author = {Liang-Feng Huang and James M. Rondinelli},
journal= {arXiv preprint arXiv:1511.05549},
year = {2015}
}
备注
14 pages, 7 figures, 3 tables