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东京大学Domen:回归模型研究氧氮化物中阴离子有序性与体系稳定性的关系

2019-09-14 06:14暂无阅读:625评论:0

具有合适带隙的钙钛矿型氧氮化物可以在可见光下经由光催化和光电化学裂解水发生氢气,近年来受到列国科研工作者的普遍存眷。

材估中氧化物和氮化物阴离子的有序性与半导体机能互相关注,是以对阴离子有序性的研究非常主要。然而,今朝的密度泛函研究集中在对已知元素分列的模型进行研究。

Kazunari Domen课题组在机械进修的根蒂上,连系蒙特卡罗方式,提出一种快速展望钙钛矿型氧氮化物中大型超等晶胞中阴离子的有序性的方式。这种方式不需要昂贵的构造优化,从而使较量成本降低99.99%以上。

Machine learning reduces the computational cost of the thermodynamic stability of perovskite-type oxynitrides with large supercells and allows to predict realistic anion ordering using a Monte Carlo method.

近期,日本东京大学Kazunari Domen等研究人员报道,对于具有超大晶胞的钙钛矿型氧氮化物,机械进修可以显著降低热力学不乱性的较量成本,经由蒙特卡罗方式能够展望真实的阴离子有序性。

该论文“Regression model for stabilization energies associated with anion ordering in perovskite-type oxynitrides” 揭橥在Journal of Energy Chemistry期刊上。

图1.具有分歧阴离子排序的BaNbO2N原胞构造。绿色,蓝色,红色和灰色球离别代表Ba, Nb, O和N原子。

研究者以在可见光区具有较高光催化水氧化活性的BaNbO2N为例,考查四种分歧尺寸的超晶胞,共560个构造。经由机械进修方式,随机拔取原子初始位置,无需构造优化,获得系统的总能量。这种方式能够节约99.99%的较量时间。

图2.DFT较量获得的DCoord(n)和420个BaNbO2N超晶胞系统总能的关系图。n的取值为(a) 0, (b) 1, (c) 2, (d) 3, (e) 4, (f) 5.

图3.DFT较量获得的DOrder(n)和BaNbO2N超晶胞系统总能的关系图。n的取值为(a) 0, (b) 1, (c) 2.

研究者在机械进修中界说三种注释变量,离别为DCoord(n),DOrder(n),Dexp2。经由较量考查他们与系统总能量之间的关系。究竟表明,只有当Nb与两个N配位时系统趋于不乱。超晶胞构造中顺式-NbN链比反式-NbN链更不乱,这与之前的实验和较量究竟一致。

图4.(a) 3x3x3 BaNbO2N超晶胞的能量随Metropolis方式中每一步的转变图。构造中NbN链在Metropolis方式的(b)第一,(c)第四十,(d)最后步时的排布图。

在Metropolis方式下,BaNbO2N超晶胞的能量当走到2000步时趋于收敛。不乱构造中所有NbN链均为反式构型,N原子涣散在三维空间中。

图5.(a)用DCoord,DOrder和Dexp2较量获得和(b)仅用DCoord和DOrder(岭回来模型)较量获得的BaNbO2N超晶胞能带与DFT较量值之间的关系图。

较量究竟显露,为了正确展望材料的带隙,长程互相感化需要被考虑。对于机械进修,改善使用方式中的变量可以获得更正确的带隙值。

综上所述,该研究报道了一种研究钙钛矿型氧氮化物中阴离子有序性与系统不乱性关系的回来模型。该研究功效经由对注释变量的选择和机械进修的应用,提出了一种以合理的较量成本展望复杂组分功能材料机能的方式。

文章信息

J Energy Chem

Regression model for stabilization energies associated with anion ordering in perovskite-type oxynitrides

Masanori Kaneko, Mikiya Fujii, Takashi Hisatomi, Koichi Yamashita, Kazunari Domen*

Journal of Energy Chemistry, 36, 7-14 (2019)

DOI: 10.1016/j.jechem.2019.08.005