(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210686195.4 (22)申请日 2022.06.16 (71)申请人 公元股份有限公司 地址 318020 浙江省台州市黄岩区黄岩经 济开发区埭西路2号 (72)发明人 宋振军　李宏道　黄剑　陈卫　 尹波　洪志　 (74)专利代理 机构 北京超凡宏宇专利代理事务 所(特殊普通 合伙) 11463 专利代理师 姚大雷 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G16C 10/00(2019.01) G06F 113/26(2020.01) (54)发明名称 一种提高氧化镁纳米结构表面水分解性能 的计算方法 (57)摘要 本发明提供了一种提高氧化镁纳米结构表 面水分解性能的计算方法， 包括： 构建纯氧化镁 固体表面模 型及复合材料表面模 型； 进行密度泛 函理论计算， 确定稳定点界面结构； 构建固体水 分子吸附/分解构型； 构建复合材料水分子吸附/ 分解构型， 并进行分别弛豫， 计算吸附能和分解 吸附能； 计算得出吸附与裂解过程中的电荷布 局、 电荷转移、 平面平均电位和反应势能曲线， 并 计算得出动力学可行性； 确定 反应路径和反应活 化能垒。 本发 明成功构建氧化镁纳米结构表面的 水分子裂解结构， 通过量子化学计算软件模拟， 确定提高氧化镁纳米结构表面水分解性能的计 算反应路径和反应活化能垒， 并可以发现所构建 模型对于水分子具有良好的吸附裂解能力。 权利要求书3页 说明书11页 附图13页 CN 114925545 A 2022.08.19 CN 114925545 A 1.一种提高氧化镁纳米结构表面水分解 性能的计算方法， 其特 征在于， 包括： 构建纯氧化镁固体表面模型及复合材 料表面模型； 对所述复合材料表面模型进行密度泛函理论计算， 确定所述复合材料表面模型中的稳 定点界面结构； 基于所述纯 氧化镁固体表面模型， 构建固体水分子吸附/分解构型； 基于所述复合材料表面模型的所述稳定点界面结构， 构建与所述固体水分子吸附/分 解构型对应的复合材料水分子吸附/分解构型， 并针对所述复合材料水分子吸附/ 分解构型 进行分别结构弛豫， 计算水分子在MgO/Ag复合材 料表面的吸附能和分解吸附能； 根据所述复合材料水分子吸附/分解构型， 计算得出吸附与裂解过程中的电荷布局、 电 荷转移、 平面平均电位和反应势能曲线， 并根据所述反应势能曲线计算得出水分子在MgO/ Ag复合材 料表面的吸附分解反应的动力学 可行性； 根据分子动力学计算， 确定提高氧化镁纳米结构表面水分解性 能的计算反应路径和反 应活化能垒。 2.如权利要求1所述提高氧化镁纳米结构表面水分解性能的计算方法， 其特征在于， 所 述构建纯 氧化镁固体表面模型及复合材 料表面模型， 包括： 利用Visual  Molecular  Dynamics软件构建所述纯氧化镁固体表面模型和所述 复合材 料表面模型。 3.如权利要求2所述提高氧化镁纳米结构表面水分解性能的计算方法， 其特征在于， 所 述复合材 料表面模型的构建包括： 沿着氧化镁表面构造四层银原子， 以代 表银衬底； 固定底部的两个银层后， 使用其 来模拟银层的体积特 征； 其中， 构建所述复合材料表面模型的超晶胞 时， 使用相同的晶格参数 且 沿着[0  ‑1 1]和[0 1 1]晶胞基矢来进行晶胞的构建； 优选地， 所述复合材 料表面模型的模拟固体的Ag ‑Ag键长为 4.如权利要求1所述提高氧化镁纳米结构表面水分解性能的计算方法， 其特征在于， 所 述对所述复合材料表 面模型进 行密度泛函理论计算， 确定所述复合材料表面模型中的稳定 点界面结构包括： 针对于所述复合材料表面模型， 采用范德瓦尔 斯密度泛函理论和维也纳从头算模拟软 件包中实现的平面波方法计算得 出结构能量和电子性质， 确定所述稳定点界面结构。 5.如权利要求4所述提高氧化镁纳米结构表面水分解性能的计算方法， 其特征在于， 所 述确定所述稳定点界面结构还 包括： 将用于色散校正的二重实空间积分转换为倒空间； 采用广义梯度近似与投影增强波方法相结合， 来确定色散力和能量。 6.如权利要求1所述提高氧化镁纳米结构表面水分解性能的计算方法， 其特征在于， 所 述确定所述复合材 料表面模型中的稳定点界面结构之后， 还 包括： 利用维也纳从头算模拟软件 包先执行静态计算， 得到波函数输出文件和C HG文件； 并将所述波函数输出文件和所述C HG文件执 行态密度计算， 得到态密度计算结果； 利用P4VASP软件对所述态密度计算结果进行分析。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114925545 A 27.如权利要求1所述提高氧化镁纳米结构表面水分解性能的计算方法， 其特征在于， 所 述基于所述纯 氧化镁固体表面模型， 构建固体水分子吸附/分解构型， 包括： 基于所述纯氧化镁固体表面模型， 计算水分子在纯氧化镁上的吸附能与分解吸附能， 得到吸附分解反应位 点， 构建所述固体水分子吸附/分解构型； 基于所述固体水分子吸附/分解构型利用VTST程序计算分解反应活化能垒及反应路 径， 判断氧化镁固体表面反应活性高低。 8.如权利要求7所述提高氧化镁纳米结构表面水分解性能的计算方法， 其特征在于， 所 述基于所述复合材料表面模型 的所述稳定点界面结构， 构建与所述固体水分子吸 附/分解 构型对应的复合材料水分子吸附/ 分解构型， 并针对所述复合材料水分子吸附/ 分解构型进 行分别结构弛豫， 计算水分子在MgO/Ag复合材 料表面的吸附能和分解吸附能， 包括： 将所述固体水分子吸附/分解构型转移到MgO/Ag复合材料表面， 构建复合材料水分子 吸附/分解构型； 获取典型模型， 利用Vienna  Ab Initio Simulation  Package程序对所述 典型模型进行结构弛豫， 得到所述复合材料水分子吸附/分解构型 的能量最低模型； 其中， 所述典型模型包 含所述固体水分子吸附/分解构型； 基于所述复合材料水分子吸附/分解构型的结构与 能量， 计算水分子在MgO/Ag复合材 料表面的所述吸附能与所述分解吸附能， 以便 于得到最有利的吸附与分解结构； 利用VESTA软件对所述所述最有利的吸附与分解结构进行吸附质分子的几何结构分 析； 基于所述复合材料水分子吸附/分解构型， 利用pos2xyz.pl程序得到笛卡尔坐标， 并计 算表面褶皱数值。 9.如权利要求8所述提高氧化镁纳米结构表面水分解性能的计算方法， 其特征在于， 所 述吸附能为孤立分子和MgO/Ag复合表面的总能量与化学吸附的分子/表面系统能量的差 值； 优选地， 所述吸附能Ead的计算方法为： Ead＝(Esurf+Eiso)‑Echemisorb； 其中， Eiso为所述孤立分子的能量； Esurf为MgO/Ag复合表面的能量； Echemisorb为化学吸附 的分子/表面系统能量。 10.如权利要求1所述提高氧化镁纳米结构表面水分解性能的计算方法， 其特征在于， 所述根据所述复合材料水分子吸附/分解构型， 计算得出吸附与裂解过程中的电荷布局、 电 荷转移、 平面平均电位和反应势能曲线， 并根据所述反应势能曲线计算得出水分子在MgO/ Ag复合材 料表面的吸附分解反应的动力学 可行性， 包括： 利用Visual  Molecular  Dynamics量子化学软件与VTST程序分析所述 复合材料水分子 吸附/分解构型下 的微分电荷密度和所述电荷布局， 并根据所述微分电荷密度和所述电荷 布局得出吸附于裂解过程中电荷的所述电荷转移； 通过vtotav程序表征所述复合材料水分子吸附/分解构型下的吸附分解状态的MgO/Ag 纳米结构电荷状态， 并根据所述MgO/Ag纳米结构电荷状态得出吸附与裂解过程中所述平 面 平均电位； 通过VTST程序计算模拟水分子在MgO/Ag的分解路径及过渡态， 确定所述反应势能曲 线， 并根据所述反应势能 曲线得出水分子在MgO/Ag复合材料表 面的吸附分解反应的所述动权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114925545 A 3