扩展界面联合密度泛函理论中的分段非线性和电容
材料科学
2022-04-26 v2
摘要
在密度泛函理论（DFT）框架下对带电界面进行第一性原理模拟，被广泛用于研究电化学能量转换过程。电容是电化学界面响应的主要描述符。它本质上等于作为电子数函数的能量曲率之倒数，因此这似乎与 DFT 中要求能量曲率在分数电子数处（即几乎处处）为零的分段线性基本原理相冲突。为解决此冲突，我们推导了能量曲率与 Kohn-Sham 态密度、局域态密度以及 Fukui 势之间的精确表达式。我们发现分段线性要求对扩展系统与表面的体或面比能量不成立。应用于包含电解质离子与介电响应的电极-电解质界面的联合密度泛函理论时，同一表达式构成了将总界面电容划分为量子电容、空间电荷电容与电化学双电层电容贡献的严格基础。它提供了对电极材料、厚度和温度对充电特性影响的洞察，如体相金电极、单层金电极与单层石墨烯电极的结果所示。
引用
@article{arxiv.2101.11459,
title = {Piecewise Non-Linearity and Capacitance in the Joint Density Functional Theory of Extended Interfaces},
author = {Tobias Binninger},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.11459},
year = {2022}
}