消除离域化误差以通过分子DFT+U改进异相催化预测
材料科学
2021-11-24 v1 化学物理
摘要
近似半局域密度泛函理论(DFT)已知会低估表面形成能,却因离域化误差而矛盾地过度吸附催化过渡金属氧化物表面的吸附质。低成本的DFT+U方法仅能改善早期过渡金属氧化物的表面形成能或晚期过渡金属氧化物的吸附能。本工作中,我们证明这一低效性源于DFT+U中常规使用以金属为中心的原子轨道作为投影子。我们分析了金红石型过渡金属氧化物在表面形成与O原子吸附过程中的电子密度重排,指出当相应密度重排高度离域于金属与氧位点时,标准DFT+U修正无法调节性质。为同时改善表面性质并保持单点DFT+U修正的简洁性,我们系统性地构建了DFT+U的多原子中心分子轨道类投影子。我们以代表性早期(即TiO2)与晚期(即PtO2)过渡金属氧化物的最小二维模型展示了该分子DFT+U方法对吸附能与表面形成能的调控。分子DFT+U同时修正了金红石型TiO2(110)与PtO2(110)多层模型的吸附能与表面形成能,从而解决了半局域DFT对表面稳定性与表面反应性的矛盾描述。
引用
@article{arxiv.2111.11614,
title = {Eliminating Delocalization Error to Improve Heterogeneous Catalysis Predictions with Molecular DFT+U},
author = {Akash Bajaj and Heather J. Kulik},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.11614},
year = {2021}
}