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Materials Studio官方教程:Kinetix——蒙特卡洛方法模拟CO的氧化【1】
Materials Studio官方教程:Kinetix——蒙特卡洛方法模拟CO的氧化【2】
6、添加更多反应过程
尽管到目前为止,所定义的模拟过程已经具有吸附CO和O2以及脱附CO2的必要过程,但它并不能正确地表示反应中涉及的全部过程。特别是那些关于CO和O化合物扩散的过程。扩散通常比吸附或解吸快得多。在选择参数时必须加以注意,以避免在扩散上花费太多的计算时间。
CO或O2的解吸(与吸附过程相反)也被省略。
吸附速率系数对温度的依赖性很弱,而解吸速率系数对温度的依赖性很强。
此处将首先添加一个过程来描述CO的扩散。
打开原始的ZGBProcesses.xkp文档,选择Processes选项卡。对新的过程类型选择Diffusion,单击Add按钮。
在Process Details选项卡中输入CODiff作为Identifier,CO diffusion作为Description。将Specification type更改为Rates,将Rate coefficient更改为25。
在Process Sites选项卡中,对Species选择CO。
扩散过程假设一个化合物从一个位置移动到另一个先前空置的位置,留下原始位置空置。
现在,将添加一个类似的过程来描述O的扩散。
在Processes选项卡中添加另一个Diffusion过程。
在Process Details选项卡中输入ODiff作为Identifier,O diffusion作为Description。将Specification type更改为Rates,将Rate coefficient更改为15。
在Process Sites选项卡中,对Species选择O。
通过选择25和15的速率系数,这些过程比CO和氧气的吸附要快得多。然而,CO2的形成目前是通过一个即时过程来描述的,因此,当CO化合物位于O化合物占据的位置附近时,就会发生CO2的形成。CO2的形成速率系数应介于吸附过程和扩散过程速率系数之间。
在Processes选项卡上,选择CO2Des过程。在Process Details选项卡上,将Specification type更改为Rates,将Rate coefficient更改为5。
现在需要添加CO和O2解吸过程,如下所示:
根据上表添加两个指定的新过程。
这将是本教程过程文档的最终形式。在继续之前,应该保存工程。
从菜单栏中选择File | Save Project。
现在将重新运行模拟,并将部分结果与上一次运行进行比较。
使ZGB.xkc成为当前文档。打开Kinetix Calculation对话框,确保已选择Constant conditions任务。单击Run按钮并关闭对话框。
一个名为ZGB Kinetix ConstCond (2)的新文件夹将添加到Project Explorer中。当计算任务结束后,将与之前的模拟相同,创建相同的一系列文件。
在Project Explorer中,从新的结果文件夹中打开ZGB.kout。打开Kinetix Analysis对话框,对CO和O化合物设置一个Concentrations分析。单击View按钮。
包括扩散在内的模拟过程中化合物的平均浓度
与第一次运行的等效图相比表明,O的稳态浓度比以前低,CO的浓度增加。
使用Kinetix Analysis对话框对所有Reactions执行Rates分析。单击View按钮。
由此产生的图表将立即显示,模拟主要由两个扩散过程主导。虽然CO扩散的速率系数比O扩散的速率系数更高,但O扩散在速率图中占主导地位,因为O的平均浓度更高。现在,将生成另一个没有扩散过程的速率图。
在Kinetix Analysis对话框中,取消勾选CODiff和ODiff复选框。单击View按钮并关闭对话框。
包括扩散在内的模拟过程的平均反应速率
将该Rates图与第一次运行的速率图进行比较表明,三个主要关注的过程(COAds、O2Ads和CO2Des)的速率都略有上升,尽管它们显示的相对值相同。
正如预期的那样,由于为这些过程设置的速率系数非常低,CODes和O2Des过程的贡献可以忽略不计。
现在可查看新的构型演变。
在Project Explorer中,从新的结果文件夹中打开ZGBTraj.xkc。以与上一个构型文档相同的方式修改显示方式,并使用animation controls逐步遍历各帧。停止动画。
在Configuration View中,输入7作为Frame,然后按下TAB键。
新的ZGBTraj.xkc视图应大致如下所示:
包含扩散过程的模拟期间的构型
扩散过程的加入使得CO和O化合物能够在构型周围移动,而CO2过程的变化使用了5的速率系数,这意味着CO化合物有可能存在于O化合物附近的晶格位置。
尽管该模拟的第二个版本比最初的简单运行与真实过程更为接近,但由于包含了扩散和解吸过程,模型仍有改进的余地。
这些改进在Pt(1 1 1)表面上CO氧化的多位点模拟(Multi-site modeling of CO oxidation on a Pt(1 1 1) surface)教程中进行了讨论。
从菜单栏中选择File | Save Project,然后选择Window | Close All。
本教程到此结束。
本教程对应视频将在杨站长视频号、华算科技B站同步推送,敬请各位关注。
参考文献:
R.M. Ziff, E. Gulari, Y. Barshad, "Kinetic Phase Transitions in an Irreversible Surface-Reaction Model", Phys. Rev. Lett., 56, 2553-2556 (1986).
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