Grand canonical electronic density-functional theory: Algorithms and applications to electrochemistry

密度泛函理论 大正则系综 电解质 巨大的潜力 正则系综 电化学 统计物理学 电子 化学 材料科学 计算化学 物理 数学 量子力学 物理化学 电极 统计 蒙特卡罗方法
作者
Ravishankar Sundararaman,William A. Goddard,T. A. Arias
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:146 (11) 被引量:310
标识
DOI:10.1063/1.4978411
摘要

First-principles calculations combining density-functional theory and continuum solvation models enable realistic theoretical modeling and design of electrochemical systems. When a reaction proceeds in such systems, the number of electrons in the portion of the system treated quantum mechanically changes continuously, with a balancing charge appearing in the continuum electrolyte. A grand-canonical ensemble of electrons at a chemical potential set by the electrode potential is therefore the ideal description of such systems that directly mimics the experimental condition. We present two distinct algorithms: a self-consistent field method and a direct variational free energy minimization method using auxiliary Hamiltonians (GC-AuxH), to solve the Kohn-Sham equations of electronic density-functional theory directly in the grand canonical ensemble at fixed potential. Both methods substantially improve performance compared to a sequence of conventional fixed-number calculations targeting the desired potential, with the GC-AuxH method additionally exhibiting reliable and smooth exponential convergence of the grand free energy. Finally, we apply grand-canonical density-functional theory to the under-potential deposition of copper on platinum from chloride-containing electrolytes and show that chloride desorption, not partial copper monolayer formation, is responsible for the second voltammetric peak.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
上官若男应助无私的画笔采纳,获得10
刚刚
李法拉发布了新的文献求助10
刚刚
等意送汝发布了新的文献求助10
刚刚
twwm完成签到 ,获得积分10
1秒前
2秒前
jialin完成签到 ,获得积分10
2秒前
4秒前
xing_xing应助youhui采纳,获得80
4秒前
仟111完成签到 ,获得积分10
4秒前
落后的采波完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
7秒前
7秒前
huang发布了新的文献求助10
7秒前
王一然发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
坦率白竹完成签到,获得积分10
7秒前
余小乐发布了新的文献求助10
8秒前
壮观又亦发布了新的文献求助10
10秒前
等意送汝完成签到,获得积分10
10秒前
lxl完成签到,获得积分10
10秒前
科研通AI6.3应助听闻墨笙采纳,获得10
11秒前
12秒前
汤汤杨杨完成签到,获得积分10
12秒前
科研通AI6.2应助qzr采纳,获得10
13秒前
windfly发布了新的文献求助10
13秒前
鹰扬在九天完成签到,获得积分10
13秒前
隐形曼青应助雷钦顺采纳,获得10
14秒前
领导范儿应助等意送汝采纳,获得10
14秒前
v0id应助虫子采纳,获得10
14秒前
可爱的函函应助twwm采纳,获得10
15秒前
Lxx完成签到,获得积分10
16秒前
彭于晏应助HanyuJing采纳,获得10
16秒前
完美世界应助余小乐采纳,获得10
16秒前
16秒前
18秒前
飘逸过客完成签到 ,获得积分10
18秒前
19秒前
汉堡包应助无私的画笔采纳,获得10
19秒前
20秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Handbuch Trainingswissenschaft – Trainingslehre 500
Additive Manufacturing Design and Applications (ASM Handbook, Volume 24A) 500
Variations: A More Diverse Picture of Contemporary Art 400
A Primer on Partial Least Squares Structural Equation Modeling (PLS-SEM) Fourth Edition 400
Induction Heating and Heat Treatment (ASM Handbook, Volume 4C) 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7587101
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9165510
关于积分的说明 19615773
捐赠科研通 7167587
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3266810
关于科研通互助平台的介绍 2431763
邀请新用户注册赠送积分活动 2258648