【DFT计算】基于MS构建碳纳米管结构的操作教程，实用！

碳纳米管（CNTs）是近年来有机材料和凝聚态物理领域研究的热点方向之一

由于直径接近理论极限

超小直径单壁碳纳米管（CNTs）表现出一系列新奇的特性

例如超导特性/选择性吸附/高容量储锂，引发了学者的关注和研究

本期为大家介绍两种针对单壁碳纳米管（CNTs）的DFT模拟计算所需的结构建模，与关注碳纳米管（CNTs）模拟的老师和同学分享交流。

在此之前我们关于MS一维建模有了一期教程，有兴趣的同学可以跳转查看：

而这次给大家带来的教程更加详细，实操性更强

在Materials Studio里，构建碳纳米管（CNTs）的基本过程如下图所示：“build → Build Nano structure → Single-Wall Nanotube（单壁纳米管）”。

在弹出的页面里，需要关注的几个参数分别如下图所示。

其中，通过手性指数（n, m）可以大致判定体系的金属性和半导体性。根据紧束缚近似模型，如果（n-m）可以被3整除，即表现为金属性；否则为半导体性的。

但这个规律对超小直径的碳纳米管（CNTs）并不完全适用，模拟时要注意这一点。

一．碳纳米管（CNTs）封端构型及其掺杂模型 

某些实验里，碳纳米管（CNTs）封端包含了实验上反应发生的活性位点处。

对于这部分的建模，以石墨N取代掺杂的（5, 5）型碳纳米管（CNTs）为例，将封端构型分解为两部分：半球封端+管部分。

1. 分别构建半球封端/管部分构型

Import“share——structures——organics——C60”，导入C60.msi，删掉下图中标黄部分的原子，建立C40的半球封端结构。

“build → Build Nano structure → Single-Wall Nanotube”，在弹出的对话框里依次输入如下图左侧的参数，建立管部构型。

2. 两部分组合为封端构型

将C40的半球封端复制到管部构型里，并通过平移和旋转等调整，即可建立封端构型。

3. 取代掺杂

选中取代的位点，通过“Build——Add Atoms”，将C原子替换为N原子，即完成石墨N的取代。之后对取代前后的构型进行构型优化即可。

二．等效为碳纳米管（CNTs）异质结 

有些实验里，过渡金属会进入碳纳米管（CNTs）管内，对管壁上发生的氧化还原反应具有不同作用机理的协同作用。

那么，这里可以考虑把整个管壁作为一个二维片层结构，整个反应模型构建为异质结结构。这里以石墨烯graphite和Co（111）表面构建异质结为例：

1. 分别构建异质结的两个表面

导入构型

Import“share——structures——ceramics——graphite”，导入graphite.msi。

Import“share——structures——metals——pure-metals——Co_Ⅱ”，导入Co_Ⅱ.msi.

分别截取graphite（001）表面和Co（111）表面

2. 构建异质结

通过“Build——Build Layers”建立graphite(001)-Co(111)异质结结构。

建立超晶胞，并设置至少15Å的真空层。再调整graphite层-Co层的间距，设置合理的计算参数，构型优化即可。

6.18年中大促

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