镍掺杂 MoS$_2$ 的 ReaxFF 反应力场的开发与应用

$\mathrm{MoS_2}$ 的性质可通过掺杂进行调控或优化。特别地，Ni 掺杂已被证明可改善 $\mathrm{MoS_2}$ 在包括催化与摩擦学在内的多种应用中的性能。为利用反应分子动力学模拟研究 Ni 掺杂 $\mathrm{MoS_2}$，我们开发了一种新的 ReaxFF 力场来描述该材料。该力场参数经过优化，以匹配在单轴、双轴、三轴和剪切应变下，Ni 掺杂四种不同位点（取代 Mo、取代 S、八面体插层与四面体插层）的 2H-$\mathrm{MoS_2}$ 的大量密度泛函理论（DFT）计算。通过比较 ReaxFF 与 DFT 弛豫的结构参数、掺杂 2H 中的四面体/八面体能量差、掺杂 1H 与 1T 单层以及含空位的掺杂 2H 结构的能量，对该力场进行了评估。我们通过 Ni 掺杂 $\mathrm{MoS_2}$ 薄膜的溅射沉积与退火反应模拟展示了该力场的应用。结果表明，所开发的力场能成功模拟 Ni 掺杂 $\mathrm{MoS_2}$ 从非晶到晶体的相变。新开发的力场可用于后续研究，借助反应分子动力学模拟考察 Ni 掺杂 $\mathrm{MoS_2}$ 的性质与行为。