在DFT-SCAN与SCAN+U框架下评估过渡金属氧化物在太阳能热化学应用中的表现
材料科学
2018-09-27 v1
摘要
利用强约束与适当归一化（SCAN）以及SCAN+U近似在密度泛函理论中描述电子交换关联（XC），我们研究了二元Ce、Mn和Fe氧化物的氧化能量学、晶格常数和电子结构，这些都是利用两步、基于氧化物的太阳能热化学反应器生成可再生燃料的关键要素。与其他常见XC泛函不同，我们发现SCAN不会过度束缚O2分子，这基于对其键能的直接计算以及主族氧化物计算生成焓与实验的稳健一致。然而，对于过渡金属氧化物（TMOs），由于对其基态电子结构描述中残留的自相互作用误差，SCAN系统性高估（即给出过负的）氧化焓。在过渡金属中心添加Hubbard U项（其中U的大小由实验氧化焓确定）显著改善了SCAN+U计算的电子结构与实验的定性一致，并略微改善了晶格参数与实验的定量一致。重要的是，SCAN预测少数氧化物（即Ce2O3、Mn2O3和Fe3O4）的基态结构错误，而SCAN+U预测了本工作中所有考虑体系的正确多晶型。因此，具有适当确定U的SCAN+U框架将是准确描述大多数过渡金属和稀土氧化物基态性质并给出定性一致电子性质所必需的。
引用
@article{arxiv.1809.09713,
title = {Evaluating transition-metal oxides within DFT-SCAN and SCAN+U frameworks for solar thermochemical applications},
author = {Gopalakrishnan Sai Gautam and Emily A. Carter},
journal= {arXiv preprint arXiv:1809.09713},
year = {2018}
}