氮化碳纳米片与石墨烯复合体系簇模型如何构建

zx4562430

各位老师好，最近想通过簇模型对两种不同纳米片层复合材料性质进行计算，比如氮化碳纳米片与石墨烯片层复合，研读了sob老师的两篇博文，使用量子化学程序基于簇模型计算金属表面吸附问题
http://sobereva.com/540；以及《18碳环（cyclo[18]carbon）与石墨烯的相互作用：基于簇模型的研究一例》（http://sobereva.com/615），但仍有一些疑问想请教一下各位老师，谢谢各位老师！
首先，我计算氮化碳与石墨烯复合体系主要想要关注其弱相互作用，以及利用multiwfn进行波函数分析；另外还想通过TD-DFT方法对该体系电子激发性质进行计算。
对于这种体系，第一性原理计算相对会更为方便一些，但是似乎目前第一性原理计算对于电子激发计算效果不太好（可能我的认识有错），而且我想结合multiwfn进行丰富的波函数分析，所以我设计采用簇模型进行计算，参考了社长18碳环与石墨烯的相互作用计算，想请教各位老师：
1、18碳环是一个分子体系，因此先将石墨烯的边缘用氢饱和避免出现悬键，并对这些氢的位置进行优化使之位置合理，再保证下层石墨烯尺寸足够大，并考虑18碳环在优化后可能出现的滑移，最后将18碳环放置在石墨烯片层上中央，该就可以构建合理的簇模型。那么对于氮化碳这种本身就是周期性体系，在构建簇模型时，是否应该先效仿一些文章先进行收敛测试，比如通过比较不同七嗪环单元数的氮化碳分子的HOMO-LUMO gap，选取收敛时对应于的最小单元数来构建氮化碳分子，并对其边缘用氢饱和，同样也对氢位置进行优化使之合理。再将像前述一样，在其正下方放置一个尺寸足够的用合理氢饱和后的石墨烯分子，这样来构建簇模型？复合体系优化时，冻结氮化碳与石墨烯的边缘氢。
2、氮化碳分子据实验报道以及理论计算表明，其纳米片分子基团并不是共平面，而是呈现皱褶形，那么在构建复合体系之前，是否应该对氮化碳分子进行全优化，得到与实验相符的皱褶形结构，再构建复合体系优化时，把其边缘氢原子进行冻结？
3、预计采用簇模型计算，计算量也比较大，考虑此种性质与目的是否有更优的计算方案呢？
谢谢各位老师

sobereva

1 要让HOMO-LUMO gap收敛，可能需要非常大的尺寸，到时候应该就算不动了。根据实际研究目的，不一定非要追求这个收敛，虽然你可以先试试收敛性。其余没问题。
除了边缘的氢外，边缘的重原子也应当固定。

2 我没看过相关实验和计算结果，不便判断

3 这就可以

有些问题还是适合周期性计算，比如考察层间距、带隙之类，所以把周期性计算和簇模型计算结合起来，对不同问题用各自适合的模型也是可以的。

zx4562430

sobereva 发表于 2021-11-8 23:27
1 要让HOMO-LUMO gap收敛，可能需要非常大的尺寸，到时候应该就算不动了。根据实际研究目的，不一定非要追 ...

好的，谢谢社长，忘记说了边界重原子也固定，谢谢。