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固态电解质(如硫化物、氧化物)与锂金属负极的界面相容性优化?

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发布时间: 2025-3-24 18:00

正文摘要:

西安工业大学(博导)化工学院-能源与环境催化材料的理论(研究方向) 哈喽,结合同学们在研究中出现的:“固态电解质(如硫化物、氧化物)与锂金属负极的界面相容性优化?”这个问题,老师这边进行了一些问题的 ...

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huisuan2024 发表于 Post on 2025-3-31 17:21:53
994496073 发表于 2025-3-30 00:16
而且目前文献很少有详细参数和计算方法,感觉结构好复杂。。。

一、晶面切割与建模
​1.晶体结构确认
Li₆PS₅Cl属于立方晶系(典型硫化物电解质结构),需先获取其晶体参数(如空间群、晶格常数)。若文献数据不足,可参考类似硫化物(如Li₃PS₄、Li₇P₃S₁₁)的晶胞结构。
2.​切割晶面
​·步骤:在MS中导入晶胞 → 使用Build → Surfaces → Cleave Surface工具,输入Miller指数(如(100)、(110)、(111)等)。
​​·关键晶面选择:优先切割高表面能晶面(如(100)、(110)),这些晶面通常与水分子反应活性更强。例如,Li₇P₃S₁₁的(100)面在潮湿空气中易分解,需重点关注。
3.​表面模型构建
​​·真空层设置:添加≥15 Å真空层(Build → Crystals → Build Vacuum Slab)以避免周期性边界效应。
​​·表面原子优化:固定底部2-3层原子,仅优化表面原子以减少计算量。

​二、计算参数设置(以DMol³为例)​
​1.泛函与基组
​​·泛函:推荐GGA-PBE(适合硫化物体系)。
​·​基组:选用DNP(双数值极化基组),提高计算精度。
​·​色散修正:加入TS(Tkatchenko-Scheffler)校正,准确描述水分子与表面的范德华作用。
​2.收敛标准
​​·能量收敛:设为1×10⁻⁵ Ha(默认值可能不足,需手动调整)。
​·​力收敛:设为0.002 Ha/Å(避免震荡)。
​​·SCF迭代:增大最大循环次数(如1000步),启用DIIS加速收敛。
​3.k点网格
​·表面模型:选用3×3×1(或根据模型尺寸调整),平衡精度与耗时。
​三、水分子吸附能计算
​1.吸附构型构建
​·在表面模型上放置H₂O分子,尝试不同吸附位点(如S位、Li位、P位)。
​·通过Adsorption Locator模块搜索低能吸附构型。
​2.吸附能公式
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]Eads​=
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]Esurface+H₂O​−
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)](Esurface​+
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]EH₂O​)
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]
​·负值表示放热吸附(稳定)。
​3.动力学模拟(可选)​
​若需研究水解反应路径,可采用AIMD(从头算分子动力学)模拟,但需更高计算资源。

​四、收敛难题的解决策略
1.分步优化
先优化体相晶胞 → 再切割晶面 → 最后优化表面模型,避免同时调整过多参数。
2.初始结构预处理
使用Forcite模块进行粗优化(UFF力场),再转入DMol³进行精细计算。
3.参数调整
​·增大Integration Accuracy(如设为FINE)。
​·启用Smearing(0.005 Ha)以减少电子态振荡。


994496073 发表于 Post on 2025-3-30 00:16:53
994496073 发表于 2025-3-30 00:16
小白有个问题,硫化物电解质LiPSCl,我想用material studio计算一下空气稳定性()与水反应吸附能,应该怎 ...

而且目前文献很少有详细参数和计算方法,感觉结构好复杂。。。
994496073 发表于 Post on 2025-3-30 00:16:07
小白有个问题,硫化物电解质LiPSCl,我想用material studio计算一下空气稳定性()与水反应吸附能,应该怎么切晶面建模以及设置计算参数,感觉dmol很难优化收敛

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