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研之成理第四届固体与表面理论与计算中级培训班(催化计算专场)

研之成理 研之成理 2022-04-16
4 天,12h视频无限回放, 2000 核时免费超算试用,光速掌握理论催化计算。掌握一门技能,疫情弯道超车的绝好机会。

注意:此课程不是面向0基础的同学,必须曾经参加过线上或者线下初级班(第五届“固体与表面”理论计算初级班(线上培训班))或者有至少一年的理论计算经验才能跟上课程进度。

培训时间:2020 年 04 月 27 号 - 2020 年 04 月 30 号, 4 天,每晚 7:00 开始,每次时长约 2-3 h。 

课程内容
一、计算参数设置速览

常见计算输入文件模板,原子坐标快速固定,固定晶格基矢优化,不同泛函使用参数,DFT+U 方法,杂化泛函设置,磁性体系设置(FM,AFM),范德华校正-DFTD3,vdW-DF,提升计算速度的技巧,程序的编译。

二、表面催化反应热力学和动力学

表面热力学

原子堆积方式,FCC、HCP、BCC,Miller 指数,高 miller 指数晶面与台阶面,表面弛豫与重构,对称和非对称的 slab 模型,表面能计算,金属表面能和功函数据库,原子坐标固定,纳米颗粒的结构和表面能关系,Wulff construction 构建,纳米催化中的晶面效应。吸附类型(化学吸附、物理吸附、解离吸附),吸附能计算,吸附位点,吸附计算注意事项,吸附物种间的相互作用,覆盖度,平均吸附能,最后一分子的吸附能。化学平衡,表面吸附平衡,Langmuir 吸附等温式与前提假设,熵变对吸附的影响,覆盖度和温度/压力/吸附能关系计算,多组分气体吸附平衡,催化剂中毒微观原理,表面化学势的计算与表面热稳定性计算,催化剂中毒常见案例。表面催化热力学计算研究思路。表面缺陷态的稳定性。


过渡态搜索

过渡态判据,无过渡态反应类型,寻找过渡态方法综述,chain-of-states 搜索方法和原理,传统 PEB 方法(plainelastic band)方法遇到的问题,NEB 中 nudge 过程原理,Climbing Image 原理,判断插点个数,插点方法,nebmovie.pl 生成 movie 判断插点合理性,CINEB 的 INCAR 关键词和计算方法,VTST 优化算法解析,nebresults.pl,nebbarrier.pl, nebspline.pl, nebef.pl 等 VTST 脚本,neb.dat、spline.dat、exts.dat、mep.eps 文件自动判断NEB路径上的极值点,Dimer 方法原理,选择 Dimer,平移 Dimer 过程,Dimer 发展历史,Dimer 的 INCAR 关键词和计算方法, MODECAR 生成,DIMCAR、CENTCAR 和 NEWMODECAR 解读,生成 DIMER 方向 movie 预判过渡态计算是否成功,VTST 过渡态计算收敛判断,过渡态搜索常见问题和解决方案。扩散系数与离子电导计算。NEB+Dimer 高效搜索过渡态,neb2dim.pl。NEB 计算线性插点的问题,IDPP 插点原理,使用 pymatgen-diffusion 和 pymatgen 做 IDPP 非线型插点。

频率计算与热力学数据计算

Hessian 矩阵,力常数矩阵对角化,孤立和吸附分子振动区别,零点振动能,有限位移频率计算,Jmol 观察振动,振动数据提取和分析。系综配分函数,分子配分函数,热力学量与配分函数的关系,内能、亥姆霍兹自由能、焓、吉布斯自由能、熵、等容热容、等压热容,理想气体假设,能量成分的拆分,平动、转动、振动、电子跃迁的配分函数,和其对各种热力学量的贡献计算,振动频率、温度和熵的关系,0K 热力学数据校正计算,实际温度热力学数据校正计算,VASPKIT  计算吸附分子热力学量,吸附分子和孤立分子的热力学量计算区别。气体分子的自由能校正,查实验数据热力学表 JANAF-NIST,使用 Gaussian 程序做频率计算得到热力学数据,VASPKIT 计算孤立分子热力学量。

化学反应速率常数计算

基元反应,单分子多分子基元反应速率方程,稳态平衡和速率方程关系,反应速率常数计算,Arrhenius equation,eyring equation 推导,指前因子计算,表观活化能拟合,过渡态理论,准平衡态假设,过渡态络合物,透热系数,Recrossing 问题,判断基元反应是否容易发生,Eyring 过渡态理论的局限性,ΔGa/温度/反应速率常数 之间的关系,半衰期,谐振过渡态理论 HTST 公式,吸附和脱附步骤反应速率,Knudsen-Langmuir equation,隧穿效应,Wigner 方法计算透热系数。

催化反应机理

Langmuir-Hinshelwood (LH) mechanism,Eley-Rideal (ER) mechanism,Mars-Van Krevelen (MvK) mechanism,及其速率方程组。LH 实例合成氨反应,ER 实例Volmer-Heyrovsky HER,MvK 实例低温 CO 氧化反应。催化循环和总包反应能量。

三、催化体系常见电子结构分析

态密度
态密度和能带形成的基本理论,案例分析(单原子催化剂,表面离子缺陷态,表面态,d带中心,催化吸附的轨道相互作用模型),态密度计算方法,p4vasp 和 VASPKIT 后处理分析,态密度的积分,pymatgen 自动画态密度图,K 点选取和 ISMEAR 对态密度计算影响,DOSCAR 详解,过渡金属的d带中心理论,N2分子和表面团簇催化剂的轨道相互作用模型分析。轨道相互作用基础知识,高斯计算提取分子轨道,载体和吸附分子态密度作用分析,CO/Ni,N2/Fe3催化剂的轨道相互作用模型分析。

电荷密度和原子电荷
CHCGAR等格点文件格式,分解 CHGCAR 成 tot 和 mag,VESTA 作等值面图,二维切面图。VASPKIT处理电荷密度文件,电荷密度差分,分子 CO,N2 吸附前后的电荷密度差,石墨烯插锂前后的电荷密度差;变形电荷密度;外场下的电荷密度差;平面平均的电荷密度差。Partial charge density 计算方法流程,实空间波函数提取,绘制分子的分子轨道图,绘制 VBM 和 CBM 的电荷密度/波函数,绘制缺陷态/隙间态的电荷密度/波函数,研究激发电子的分布,STM 计算和 Partial Charge Density 对应关系,STM “针尖偏压” 和 “恒定高度”模拟。Bader 电荷,全电子电荷密度生成,AIM(atom-in-molecule) 电荷划分方法,按照原子电荷着色的结构图。

ELF、静电势功函、COHP
静电势/功函数概念和计算方法,异质结静电势,静电势分析表面负载团簇的电子流向,分子表面或载体表面静电势分布,受阻路易斯酸碱对。电子定域化函数(ELF),ELF 研究表面催化反应过渡态、电子化合物、缺陷态、分子团簇、吸附分子。COHP方法计算键强度简单介绍。

四、电催化计算

计算电催化基础
ORR、OER、HER、HOR 反应机理,Norskov 模型过电势计算,台阶图计算,电催化基元步骤自由能变计算,OER 实例,M-N4/graphene,溶液的 pH 影响,NRR,CO2RR 机理。电催化火山曲线。

课程特色
内容全面:让表面科学计算的同学能够系统性的学习一遍计算知识和程序操作,让学员能够对此领域的一些知识具有更加深刻的认识。这些内容在任何学校开设的研究生课程中都是学不到的,甚至是网上大多数人也不愿意分享的知识。课上还会不断的穿插顶刊文献,让学员知道如何把学到的知识用到顶刊的研究中。

简化操作:每类计算都会给出多个实例和详细的输入文件,针对不同的情况选择不同的输入文件,搭建合理的结构模型,就可以把课上内容应用到自己的科研当中。课上会提供超算账号,在完全的实战环境下学习。淘汰老的计算脚本和方法,把当前最好用最容易上手的脚本和方法分享,对新手极度友好,不走任何弯路。

课程系列:研之成理「固体与表面理论计算培训班」分为初级班中级班。中级班又分为表面科学计算方向和材料科学(固体)计算方向。初级班针对 0 基础(此 0 基础是指有本科物理或者化学专业基础课的知识背景)的学员,涵盖了第一性原理计算基础知识和常见的计算方法,是学习第一性原理计算入门最快最有效的方法。中级班则采用分专题的方式讲授,课程的深度广度都比初级班增加不少。参加中级班一定要有第一性原理计算基础(至少一年以上的学习使用经验),一些在初级班上讲过的基础内容中级班不会重复!三个课程的涵盖内容可以用如下的图表示:
此次催化专场是表面方向的精华版,把原本3天半的课程,取出和催化计算直接相关的,压缩成4个半天的课程。大约包含了线下表面场50 %的课程内容。

讲师介绍
刘老师,清华大学博士,长期从事表面催化和材料计算研究,对量化计算,第一性原理计算,分子动力学模拟有六年研究经验,精通 VASP,CP2K,Gaussian,ORCA 熟练使用 JDFTx,Gromacs,ADF 等计算程序。近三年在表面催化,电催化,电池材料,过渡金属配合物等领域发表多篇文章。在 JACS,Nat. Commun. ,ACS Catal.,Nano Energy, Natl. Sci. Rev. 等期刊上以第一作者发表纯理论计算文章,并与实验科学家合作在 Nat. Nanotech., Nat. Commun., PNAS,Adv. Mater., JACS  等期刊上发表多篇合作文章。

报名相关
报名流程:
● 首先请认真阅读课程内容介绍,如果需要咨询或者购买课程,请扫描下方二维码,添加工作人员微信(请注明「催化计算课程」)。

● 成功添加微信后,工作人员会告知具体缴费方式。缴费完成后,工作人员会拉你进入钉钉直播群和微信交流群(每晚统一回复,请耐心等待)。


报名费:自费:1000 元/人(不开票);公费:1200 元/人(可开发票)。费用包含全四天的听课费、电子版讲义费、2000 核时的试算机时、视频回放。
听课方式:钉钉群直播,直播完成后,学员可以在交流群内不限次观看和提问(视频内容不支持下载)。

培训须知
1. 培训结束后提供电子版盖有公章的会议通知函。若当前会议通知不方便报销,我们也可以按照报名者的要求进行调整,请通过微信联系我们。

2.   培训内容包含大量练习和演示,故强烈建议参加者自备电脑(Windows 系统 64 位,对配置无要求)。

3. 课前知识:此课程不是初级班,对于第一性原理计算和量子化学计算的基础知识不会讲,请没有计算基础的同学先参加第五届“固体与表面”理论计算初级班

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