van der Waals corrected density functionals for cylindrical surfaces: Ammonia and nitrogen dioxide adsorbed on a single-walled carbon nanotube
van der Waals corrected density functionals for cylindrical surfaces: Ammonia and nitrogen dioxide adsorbed on a single-walled carbon nanotube
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圆柱表面的范德华修正密度泛函：单壁碳纳米管上吸附的氨和二氧化氮
DOI：
10.1103/physrevb.103.195410
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发表时间：
2021
影响因子：
3.7
通讯作者：
Perdew, John P.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chowdhury, Shah Tanvir;Tang, Hong;Perdew, John P.
我们扩展了阻尼 Zaremba-Kohn 模型 (dZK)，用于分子与平面之间的长程色散相互作用 [J.陶、H. 唐、A. 帕特拉、P. 巴特拉伊和 J. P. 珀杜，物理学家。 Rev. B 97, 165403 (2018)10.1103/PhysRevB.97.165403] 到吸附在弯曲圆柱表面上的分子，并使用此扩展模型作为半局域密度泛函 PBE (Perdew-Burke-Ernzerhof) 和 SCAN（强约束和适当规范）的附加校正。将所得的 PBE+vdW（范德华）-dZK 和 SCAN+vdW-dZK 应用于两个系统以及吸附在单壁碳纳米管 (CNT) 上的分子，用于计算结合能和平衡距离。为了进行比较，还提供了 vdW 非局部泛函的结果，例如 SCAN+rVV10 和 PBE+rVV10。对于 系统，PBE+rVV10（Vydrov 和 Van Voorhis）、SCAN+rVV10、PBE+vdW-dZK 和 SCAN+vdW-dZK 的结合能约为 70–115 meV，对于 系统，约为 300–500 meV。 PBE+vdW-dZK 和 SCAN+vdW-dZK 的结果比 PBE+rVV10 和 SCAN+rVV10 的结果更接近。 PBE+vdW-dZK 和 SCAN+vdW-dZK 的相对接近的结果表明我们开发的圆柱表面 vdW−dZK 模型的一致性。所有方法（包括 PBE、SCAN、PBE+rVV10、SCAN+rVV10、PBE+vdW-dZK 和 SCAN+vdW-dZK）在两个系统的两种吸附构型（I 型和 II 型）之间给出大致相同的结合能差异。这意味着两个吸附位点具有大致相同的吸附稳定性。我们的 vdW-dZK 模型中两个系统的 vdW 相互作用幂律的指数在短距离处约为 0，这主要是由于阻尼因子，并且在距离约 20-50 Å 时缓慢趋向于 -4 至 -4.5。在更远的距离处，vdW 幂律指数接近 -5。这一特征与随机相位近似和重正化群方法计算的特征非常相似，支持了我们方法的适用性。我们开发的 vdW-dZK 方法为具有圆柱形表面的大型系统（例如 vdW 与纳米管的相互作用）提供了一种高效可靠的方法。
We extend the damped Zaremba-Kohn model (dZK) for long-range dispersion interaction between a molecule and a planar surface [J. Tao, H. Tang, A. Patra, P. Bhattarai, and J. P. Perdew, Phys. Rev. B 97, 165403 (2018)10.1103/PhysRevB.97.165403] to molecules adsorbed on a curved cylindrical surface, and employ this extended model as an additive correction to the semilocal density functionals PBE (Perdew-Burke-Ernzerhof) and SCAN (strongly constrained and appropriately normed). The resulting PBE+vdW (van der Waals)-dZK and SCAN+vdW-dZK are applied to two systems,andmolecules adsorbed on a single-wall carbon nanotube (CNT), for calculations of binding energies and equilibrium distances. For comparison, the results from vdW nonlocal functionals, such as SCAN+rVV10 and PBE+rVV10, are also presented. The binding energies from PBE+rVV10 (Vydrov and Van Voorhis), SCAN+rVV10, PBE+vdW-dZK, and SCAN+vdW-dZK are about 70–115 meV for the system ofand 300–500 meV for the system of. The results from PBE+vdW-dZK and SCAN+vdW-dZK are closer to each other than those from PBE+rVV10 and SCAN+rVV10 are. The relatively closer results from PBE+vdW-dZK and SCAN+vdW-dZK indicate the consistency of our developed vdW−dZK model for cylindrical surfaces. All methods, including PBE, SCAN, PBE+rVV10, SCAN+rVV10, PBE+vdW-dZK, and SCAN+vdW-dZK, give approximately the same binding energy differences between two adsorption configurations (types I and II) for the two systems. This implies that the two adsorption sites have approximately the same adsorption stability. The exponent of the vdW interaction power law from our vdW-dZK model for the two systems is about 0 at short distance, largely due to the damping factor, and tends slowly to −4 to −4.5 at distancesabout 20–50 Å. At even larger distances, the vdW power-law exponent approaches −5. This feature is very similar to the one calculated with random-phase approximation and renormalization group approaches, supporting the applicability of our methods. Our developed vdW-dZK method provides a highly efficient and reliable method for large systems with cylindrical surfaces, such as vdW interactions with nanotubes.
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