Defects in metal-organic frameworks: a compromise between adsorption and stability?
缺陷工程已经成为一种有前途的方法来调整和优化金属有机框架的吸附性能。然而，增强的吸附和结构稳定性之间的平衡仍然是一个悬而未决的问题。在这里，两个CO2吸附能力和机械稳定性计算的锆基UIO-66，这是受到系统的变化的缺陷的情况。调制器的依赖性，缺陷浓度和异质性进行了探讨孤立。机械稳定性被证明是在高的压力，其中摄取增强与缺陷浓度的增加受到损害。尽管如此，对于reo型缺陷和具有三氟乙酸盐取代的缺陷，稳定性的这种降低被最小化。最后，异质性和膨胀性也可能在克服吸附和稳定性之间的折衷方面发挥作用。
2019-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Adsorption on Metal Surfaces with a van der Waals Density Functional
采用密度泛函理论（DFT）研究了1，4-苯二胺（BDA）在Au（111）表面和偶氮苯在Ag（111）表面的吸附.对于Au（111）上的BDA，伦敦色散相互作用的引入不仅显著增强了分子-底物结合，导致与实验结果一致的吸附能，而且显著改变了BDA结合的几何构型。对于偶氮苯在Ag（111）上的吸附，vdW-DF的吸附能优于其他色散校正的DFT方法。这些结果提供了证据的适用性的vdW-DF方法，并作为一个实际的基准调查吸附在贵金属表面上的分子。
2012-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Direct Observation of Hydrogen Adsorption Sites and Nano-Cage Formation in Metal-Organic Frameworks (MOF)
利用中子粉末衍射结合第一性原理计算确定了MOF 5中的氢吸附位。金属氧化物簇是主要负责的吸附，而有机链接只起次要作用。同样重要的是，在低温和高浓度下，H2分子形成独特的相互连接的高对称性纳米簇，分子间距离小至3.0 Ang。吸氢率高达10wt%。这些结果是优化用于储氢应用的MOF材料的关键，也表明MOF可以用作模板来创建具有新特性的人工互连氢纳米笼。
2005-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Effects of van der Waals Interactions in the Adsorption of Isooctane and Ethanol on Fe(100) Surfaces
范德华力（vdW）在不同系统的结构和行为中起着重要作用。由于发展的功能，包括非本地相关性，它是可能的研究VDW相互作用的工业和摩擦学的兴趣系统的影响。在这里，我们模拟的框架内的密度泛函理论（DFT）的异辛烷（2，2，4-三甲基戊烷）和乙醇在Fe（100）表面上的吸附，采用各种交换相关泛函考虑vdW力。特别是，本文讨论了VDW力的吸附能的大小，平衡几何形状和它们的作用，在结合机制的影响。根据我们的计算，vdW的相互作用增加的吸附能和减少的平衡距离。然而，它们不影响吸附分子的空间构型。它们对电子密度的影响是在分子和平板之间的非各向同性的、离域的电荷积累。总之，vdW力是必不可少的异辛烷和乙醇上的bcc Fe（100）表面的吸附。
2014-05-15 cond-mat.mtrl-sci
The role of van der Waals forces in water adsorption on metals
水分子与金属表面的相互作用通常很弱，因此范德华力（vdW）可能很重要。在这里，我们占最流行的密度泛函理论（DFT）交换相关泛函的VDW部队的系统性差的治疗，通过应用准确的非本地VDW密度泛函。我们已经计算了各种典型系统的吸附，包括水单体吸附在Al（111），Cu（111），Cu（110），Ru（0001），Rh（111），Pd（111），Ag（111），Pt（111）和未重构的Au（111），和小团簇（最多6水）在Cu（110）。我们发现，非本地相关性大大有助于在所有系统中的水-金属键，而水-水键合的非本地相关性的影响要小得多。有趣的是，非局部相关性对水在反应性过渡金属基质上的吸附的贡献大于它们在贵金属上的贡献。的相对稳定性，吸附位点，和吸附几何形状的竞争水adstructures很少有不同的半本地的泛函和非本地的vdW密度泛函，这解释了以前的成功的半本地的泛函在表征吸附水结构上的一些金属表面上得到的结果进行比较。
2013-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Designing of Organic Bridging Linkers of Metal-Organic Frameworks for Enhanced Carbon Dioxide Adsorption
本文通过分子簇模型和第一性原理计算研究多种MOF连接体对CO2的吸附，发现锂修饰可显著增强结合强度，其中DFBDC-2侧位吸附ΔH达-35.32 kJ/mol，为设计高效碳捕集吸附剂提供了指导。
2023-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Polymer adhesion: first-principles calculations of the adsorption of organic molecules onto Si surfaces
用密度泛函理论计算了有机分子在清洁和氢钝化的Si（001）-（2 $\times$ 1）表面上吸附的结构和能量.苯吸附在干净的硅表面上的紧桥结构被发现是稳定的和蝴蝶结构的亚稳态。碳酸H $_2$ CO $_3$和丙烷C $_3$ H $_8$在与表面接触时解离。用H原子钝化Si表面对表面性质具有显著影响。钝化的表面是非常惰性的，并且所有分子的结合能非常弱。
2007-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Physical Adsorption at the Nanoscale: Towards Controllable Scaling of the Substrate-Adsorbate van der Waals Interaction
Lifshitz-Zaremba-Kohn（LZK）理论通常被认为是吸附物（原子，分子或纳米颗粒）与固体基质的范德华（vdW）相互作用的正确大距离限制。在标准的近似形式中，隐含地基于“局部”介电函数，LZK方法预测vdW相互作用的普适幂律仅取决于相互作用对象的维数。然而，最近的实验结果是挑战的普遍性，这种理论方法在有限的距离相关的纳米组装。在这里，我们提出了一个综合的分析和数值多体研究表明，物理吸附可以显着提高在纳米级。无论带隙或吸附物的性质，我们发现偏离传统的LZK幂律延伸到分离距离高达10- 20纳米。与最近的实验观察的超远程vdW相互作用的石墨烯从硅衬底的脱层的比较揭示了本理论的定性协议。vdW相互作用的基板响应和吸附物的特征激发频率的灵敏度也表明，吸附强度可以有效地调整在实验中，铺平了道路，以改善控制的物理吸附在纳米级。
2017-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Sequential Design of Adsorption Simulations in Metal-Organic Frameworks
金属有机框架（MOFs）的大量可能结构及其无限的潜在应用促使分子建模者和研究人员开发有效评估MOFs性能的方法和模型。其中一些技术包括大规模高通量分子模拟和机器学习模型。尽管取得了这些进展，但可能使用的材料数量和潜在条件仍然对需要大量数据集的模型开发构成了巨大挑战。因此，显然需要一种算法，可以有效地探索空间，同时平衡模拟的数量与预测精度。在这里，我们介绍了如何主动学习可以顺序选择模拟条件的气体吸附，最终导致准确的吸附预测与数量级较少的模拟。我们模型吸附纯组分甲烷和二氧化碳在Cu-BTC。我们采用高斯过程回归（GPR），并使用由此产生的不确定性的预测，以指导下一个采样点的分子模拟。我们概述了该程序，并演示了该模型可以模拟吸附等温线在300 K从$10^{-6}$到300巴（甲烷）/100巴（二氧化碳）。我们还展示了这个程序如何可以用于预测吸附的温度-压力相空间的温度范围为100至300 K，和压力范围为$10^{-6}$至300巴（甲烷）/100巴（二氧化碳）
2021-09-30 cond-mat.mtrl-sci
A van der Waals density functional study of adenine on graphite: Single molecular adsorption and overlayer binding
腺嘌呤分子在石墨烯上的吸附使用第一原理范德华泛函（vdW-DF）来研究[Dion等人，物理修订信函92，246401（2004）]。有序腺嘌呤覆盖层的内聚能也估计。对于单个分子的吸附，我们通过平移和旋转分子来确定最佳结合构型和吸附能。腺嘌呤的单分子的吸附能被发现是711毫电子伏，这是接近的计算吸附能的类似大小的萘。基于单分子结合构型，我们估算了二维有序覆盖层的结合能。我们发现一个显着更强的结合能的有序的覆盖层比单分子吸附。
2010-09-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Adsorption and dissociation of iron phthalocyanine on H/Si(111): Impact of van-der-Waals interactions and perspectives for subsurface doping
从第一性原理出发，研究了铁酞菁（FePc）在钝化H/Si（111）表面的吸附.我们发现，有机分子主要是物理吸附的距离表面的$2.6 \pm 0.1$埃，但也表现出相当大的共振与底层基板。这建立了本系统作为有趣的混合共价范德华约束测试用例，我们使用它来比较不同方法对范德华相互作用的影响。（自旋极化）扫描隧道显微镜（SP STM）的图像进行了模拟，选择性地访问不同的分子轨道，通过施加的偏置电压的扫描隧道光谱的精神。与实验STM图像的比较表明，非常好的协议。我们发现一个显着的磁对比度超过$\pm 1$埃的$-2$和$+1.5$ V的SP STM图像中的Pc环的中心的不同（过渡金属）原子的结合能，这特别表明，Fe是强烈结合在分子中（约$9.6$ eV）。最后，我们讨论了不同的反应亚表面掺杂的室温FePc沉积，并指出两个可行的反应。
2019-05-03 cond-mat.mtrl-sci
First-principles and semi-empirical van der Waals study of thymine on Cu(110) surface
本文采用密度泛函理论计算方法研究了胸腺嘧啶（C $_5$ H $_6$ N $_2$ O $_2$）分子在Cu（110）表面的吸附几何构型和成键机理.在最稳定的能量配置中，分子平面沿着$[1\bar{1}0]$方向垂直于衬底取向。对于这种吸附几何形状，胸腺嘧啶分子通过一个去质子化的氮原子和两个氧原子与表面相互作用，使得键合机制涉及最高占据分子轨道（HOMO）和基底的d-态之间的强杂交。在平行吸附几何形状的情况下，长程范德华相互作用对分子表面几何形状和吸附能都起着重要作用。通过半实证和无缝对接的方法分析了它们的具体作用。特别是，对于一个平面的配置，包括分散效果显着改变的字符的吸附过程从物理吸附到化学吸附。最后，我们通过模拟扫描隧道显微镜（STM）图像预测了分子-表面界面的真实空间形貌。从这些模拟，我们预计，只有某些吸附几何形状可以在STM实验中成像。
2008-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Insight into the description of van der Waals forces for benzene adsorption on transition metal (111) surfaces
近年来，由于密度泛函理论（DFT）的发展，探索范德华力（vdW）对分子在扩展金属表面上吸附的作用已成为可能。在这些新发展的vdw方法中，原子间vdW方法考虑了体块内的非局域屏蔽[V.G.鲁伊斯，W。Liu，E. Zojer，M. Scheffler和A. Tkatchenko，Phys. Rev. Lett. 108，146103（2012）]和改进的非局部泛函[J. Klimes，D. R. Bowler和A. Michaelides，J. Phys.：康登斯Matter 22，022201（2010）]已经成为有效和准确地解释大多数流行的DFT交换相关泛函中缺乏长程vdW力的有希望的候选者。在这里，我们已经使用这两种方法来计算苯吸附在一系列紧密堆积的（111）表面上，它要么物理吸附（铜，银，金）或化学吸附（铑，钯，铱，铂）。我们已经彻底比较了两类vdw包容性的方法之间的性能，并在可用时比较实验数据所获得的结果。通过检查计算出的吸附能，平衡距离，结合曲线，我们得出结论，这两种方法允许一个准确的治疗吸附在平衡吸附物-基板的距离。为此，明确列入电动屏蔽在原子间vdW计划和优化的交换泛函的情况下，非本地vdW密度泛函是强制性的。然而，这两类方法在大的吸附物-底物分离之间存在一些差异。
2014-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of Water on Pristine Graphene: A van der Waals Density Functional Study with the vdW-C09 Approach
Universidade Federal da Bahia（巴伊亚联邦大学）；Universidade Federal de Minas Gerais（米纳斯吉拉斯联邦大学）
本研究利用vdW-C09方法研究了水分子在石墨烯上的吸附行为，揭示了吸附能和构型特征，证实了纯石墨烯的非反应性和疏水性。
2026-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Revealing the Buried Metal-Organic Interface: Restructuring of the First Layer by van der Waals Forces
利用低温扫描隧道显微镜中的分子操纵技术，揭示了有机薄膜与Cu（110）衬底表面埋置界面上六联苯分子的结构和重排。它示出的第一个单层的平躺分子的重建发生由于从后续层的范德华压力。在这种重排中，额外的六苯基分子被迫进入已建立的完整单层，并采用侧边构型。将第二层分子并入第一层中也通过用STM尖端故意推动六苯基分子来证明。结果表明，即使是化学吸附的有机层在界面上可以显着影响后续层的范德华力的外部应力。
2019-04-26 cond-mat.mtrl-sci
The role of the van der Waals interactions in the adsorption of anthracene and pentacene on the Ag(111) surface
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了van der Waals（vdW）相互作用对蒽和并五苯在Ag（111）表面吸附的结构和电子性质的影响.我们发现，包括vdW校正强烈影响蒽/Ag（111）和并五苯/Ag（111）的结合，产生的吸附高度和能量更符合实验结果比标准的DFT计算与广义梯度近似（GGA）。对于蒽/Ag（111），vdW相互作用的影响甚至更引人注目：我们发现，与平坦吸附的实验观察相比，纯DFT-GGA计算（不包括vdW校正）导致倾斜构型的偏好;另一方面，包括vdW校正改变了蒽/Ag（111）的结合几何形状，有利于平坦构型。使用自洽的vdW方案获得的电子结构被发现是几乎无法区分的，从传统的DFT电子结构，一旦正确的vdW的几何形状被用于这些物理吸附系统。此外，我们表明，一个vdW校正方案的基础上的混合功能DFT计算（HSE）的结果在一个改进的描述的最高占据的分子水平的吸附分子。
2016-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Directionality in van der Waals Interactions: the Case of 4-Acetylbiphenyl Adsorbed on Au(111)
本文对4-乙酰基联苯分子在Au（111）表面的吸附及其在主要方向上的扩散性质进行了理论研究。由吸附引起的分子结构变化导致$π$ -系统更强的共轭。该分子以平坦构型吸附在表面上，沿[110]和[112]方向具有大致相同的结合能，与实验结果吻合良好。此外，扩散障碍意味着一个重要的方向性的分子表面相互作用。这有点令人惊讶，因为我们的计算表明，占主导地位的相互作用是长程分子表面范德华相互作用。尽管它的弱点，范德华相互作用歧视的优先吸附位点，以及施加的分子几何形状，需要考虑合理化时的扩散障碍。
2020-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Stability, Adsorption and Diffusion of CH4, CO2 and H2 in Clathrate Hydrates
我们提出了一个研究的吸附和扩散的CH4，CO2和H2分子在笼形水合物使用从头算范德华密度泛函形式主义[Dion等人，物理评论Lett. 92，246401（2004）]。我们发现吸附能主要由范德华相互作用决定，如果没有范德华相互作用，天然气水合物将不稳定。我们计算的最大吸附容量，以及最大的碳氢化合物的大小，可以吸附。松弛的主机晶格是必不可少的扩散活化能，估计为0.2，0.4，和1.0 eV的顺序为H2，CO2，和CH4，分别良好的描述。
2010-07-02 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the dipole layer formation at metal-organic interfaces
We study the dipole layer formed at metal-organic interfaces by means of first-principles calculations . Interface dipoles are monitored by calculating the work function change of Au, Ag, Al, Mg and Ca surfaces upon adsorption of a monolayer of PTCDA (3,4,9,10-perylene-tetra-carboxylic-di-anhydride), perylene or benzene molecules. Adsorption of PTCDA leads to pinning of the work function for a range of metal substrates. It gives interface dipoles that compensate for the difference in the clean metal work functions, leading to a nearly constant work function. In contrast, adsorption of benzene …
2009-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of small aromatic molecules on gold: a DFT localized basis set study including van der Waals effects
我们比较了密度泛函理论（DFT）的结果，通过使用三种类型的范德华交换相关泛函和定域基组计算得到的小芳香分子（苯，吡啶和噻吩）在金表面上的吸附。我们发现，分子表面结合能的值取决于BSSE效应和交换相关泛函的倾向高估分子表面以及放松系统内的金-金距离之间的相互作用。因此，我们发现，通过使用不同类型的LCAO基组或几何模型的分子在表面上的吸附，结合能可以变化高达100%。的物理参数的计算所产生的关键分析，提出了每个交换相关功能。
2014-02-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Adsorption Characteristics of Refrigerants for Thermochemical Energy Storage in Metal-Organic Frameworks
本研究通过分子模拟对比了R125和R170在四种MOFs中的吸附行为，发现MIL-101储能密度最高且R125亲和力更强，并强调了操作条件与模型选择的重要性。
2023-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Donor-acceptor co-adsorption ratio controls structure and electronic properties of two-dimensional alkali-organic networks on Ag(100)
结合实验和理论，详细研究了供电子碱金属原子和电子受体分子TCNQ（7，7，8，8-tetracyanoquinodimethane）在Ag（100）表面的共吸附效应.几个共吸附相，其特征在于通过扫描隧道显微镜，低能电子衍射，和软X-射线光电子能谱学。定量的结构数据，获得了使用垂直入射X射线驻波（NIXSW）测量和比较的结果，密度泛函理论（DFT）计算，使用几种不同的方法的色散校正。一般来说，理论和实验之间取得了良好的协议的定量结构，虽然预测的碱金属原子的高度是具有挑战性的一些方法。吸附结构敏感地依赖于分子-金属电荷转移和长程色散力的相互作用，这是由碱金属原子和TCNQ之间的组成比控制。K和Cs之间的原子大小的巨大差异对稳定性的影响可以忽略不计，而将K：TCNQ的比率从1：4增加到1：1导致分子-金属相互作用强度减弱，有利于二维碱-有机网络内的更强的离子键。预测功函数对碱供体-TCNQ受体共吸附比的强烈依赖性。
2023-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Molecule-surface interaction from van der Waals-corrected semilocal density functionals: the example of thiophene on transition-metal surfaces
半局域密度泛函近似被广泛使用。它们都不能捕获分离的子系统之间的远程范德华（vdW）吸引力，但它们在捕获负责相邻的小闭壳层子系统之间的平衡键的中程vdW效应的程度上显着不同。局部密度近似（LDA）往往高估了这种效应，而Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）广义梯度近似（GGA）往往低估了这种效应，而强约束和适当赋范（SCAN）元GGA往往能很好地估计这种效应。所有这些半局部泛函都需要一个附加的非局部修正，如修订的Vydrov-Van Voorhis 2010（rVV 10），以捕捉长程部分。本文报道了芳香噻吩（C $_4$ H $_4$ S）在过渡金属表面的吸附能和相应的几何构型。吸附过程需要共价和弱结合的真正相互作用，并需要同时准确描述表面和吸附能，并正确预测吸附位点。所有这些量必须来自平衡良好的短期和长期的相关效应的弱相互作用与化学精度的普遍适用的方法。
2019-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Guest-induced structural deformation in Cu-based Metal-Organic Framework upon hydrocarbon adsorption
在一个捕集和分离过程占全球能源消耗10%以上的世界中，新型多孔材料，如用于吸附工艺的金属有机框架（MOFs），是取代高能耗蒸馏的有前途的替代品。形状和尺寸定制的孔结合路易斯酸位点可以增强吸附剂-吸附剂相互作用。了解吸附的基本机制对于设计和优化捕获和分离过程至关重要。在本文中，我们分析了轻质烃（甲烷、乙烷、乙烯、丙烷和丙烯）在两种合成的铜基MOF（Cu-MOF-74和URJC-1）中的吸附行为。实验和计算的吸附曲线揭示了暴露的金属中心对烯烃的有限影响。较低的相互作用Cu-烯烃也反映在计算的吸附焓和结合的几何形状。此外，在URJC-1中首次报道了菱形孔在外部刺激下的变形。这种现象被强调为了解吸附剂的响应机制和未来工业应用潜力的关键。
2022-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Interface Characteristics at an Organic/Metal Junction: Pentacene on Cu Stepped Surfaces
采用密度泛函理论（DFT）和vanderWaals（vdW）自洽方法研究了并五苯在Cu（221），Cu（511）和Cu（911）表面的吸附. Cu（211）是Cu（111）的邻位，而Cu（511）和（911）是Cu（100）的邻位。对于所有的三个表面，我们发现并五苯更喜欢吸附平行于表面和附近的步骤。vdW相互作用的增加导致吸附能（相对于PBE官能）增强约2 eV。当加入vdWs时，Cu（211）、Cu（511）和Cu（911）的吸附能分别为2.98 eV、3.20 eV和3.49 eV。这些值反映了并五苯在（100）阶地上的吸附较强，并五苯对较大阶地上的吸附较强。分子在吸附时倾斜，在（100）邻位上的倾斜角较小（约几度），而在Cu（221）上的倾斜角较大，约为20 °。我们发现，吸附的结果在一个净电荷转移到分子的~1电子，所有的表面。
2016-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Gas Adsorption and Dynamics in Pillared Graphene Frameworks
柱撑石墨烯框架是由有机间隔物分隔的石墨烯片制成的一类新型微孔材料。它们的主要特征之一是可以选择柱类型和密度来调整材料特性。在这项工作中，我们提出了一个计算机模拟研究的吸附和动力学的H $_{4}$，CH $_{2}$，CO $_{2}$，N $_{2}$和O $_{2}$及其二元混合物，在柱撑石墨烯框架与含氮有机间隔。在一般情况下，我们发现，柱密度起着最重要的作用，在确定气体吸附。在低压区（< 10巴），吸附的气体量是柱密度的递增函数。在较高的压力下，观察到相反的趋势。考虑到框架的灵活性，这是必不可少的，在评估吸附气体的动力学性质的代表性结构的扩散系数进行了计算。发现CH $_{4}$ /H $_{2}$、CO $_{2}$ /H $_{2}$和CO $_{2}$ /N $_{2}$混合物具有良好的气体分离性能，其值与金属有机骨架和沸石的那些相当。
2017-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Selective Adsorption of a Supramolecular Structure on Flat and Stepped Gold Surfaces
卤代芳香分子在表面上聚集形成氢键和卤键。尽管这些系统已经在平坦的金属表面上进行了深入的研究，但高指数邻位表面仍然具有挑战性，因为它们可能会诱导复杂的吸附物结构。用van der Waals修正的密度泛函理论研究了2，6-二溴蒽醌（2，6-DBAQ）在平坦和台阶状金表面上的吸附.系统地研究了各种不同吸附构型的平衡几何构型和相应的吸附能。结果表明，桥位和台阶边缘是单分子在平坦和台阶表面上的首选吸附位点。范德华相互作用，卤素键和氢键的作用进行了探索的单层覆盖的2，6-DBAQ分子，揭示了分子的灵活性和分子间的相互作用稳定的平面和阶梯表面上的二维网络。我们的结果提供了一个合理的实验观察过渡金属的高指数邻位表面上的分子地毯。
2017-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Cooperative lattice theory for CO2 adsorption in diamine-appended metal organic framework at humid direct air capture conditions
研究了湿度对胺功能化金属有机框架协同吸附CO2的影响，发现低湿度下的异常诱导效应随湿度增加而消失，并提出基于LKT的新理论，通过吸附水转变平衡簇机制准确解释了全湿度范围内的吸附行为。
2024-07-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Towards explainable message passing networks for predicting carbon dioxide adsorption in metal-organic frameworks
Oregon State University（俄勒冈州立大学）
金属-有机骨架（MOFs）是一种纳米多孔材料，可用于从化石燃料发电厂的废气中捕获二氧化碳，以减缓气候变化。在这项工作中，我们设计和训练一个消息传递神经网络（MPNN）预测模拟CO $_2$在MOFs中的吸附。为了深入了解MOF的哪些子结构对预测很重要，我们在读出函数中引入了一种软注意机制，该机制量化了节点表示对图形表示的贡献。我们研究了稀疏注意的不同机制，以确保只识别最相关的子结构。
2020-12-02 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Protein Adsorption into Mesopores: A Combination of Electrostatic Interaction, Counterion Release and van der Waals Forces
牛心脏细胞色素c已被固定到介孔二氧化硅主体材料SBA-15在其天然折叠和尿素展开状态。这两种折叠态的行为的比较对细胞色素c吸附的常用解释，即静电相互作用模型提出了质疑。作为缓冲溶液的pH和离子强度的函数的蛋白质结合的详细调查揭示了蛋白质-二氧化硅相互作用的复杂性质。静电相互作用，范德华力和熵的贡献，由对流释放各自有助于吸附在二氧化硅孔壁。
2015-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Understanding Adsorption-Induced Structural Transitions in Metal-Organic Frameworks: From the Unit Cell to the Crystal
呼吸转换代表最近发现的吸附诱导的结构转换之间的大孔和窄孔构象的金属有机框架，如MIL-53。我们提出了一个多尺度的呼吸过渡的动力学的物理机制。我们表明，由于主机框架弹性和客体分子吸附之间的相互作用，这些转换的晶体水平上发生通过逐层剪切。我们构造了一个简单的哈密顿量，它描述了在单位晶胞水平上的主-主和主-客相互作用的物理过程，并由于长程弹性细胞-细胞相互作用而减少到一个有效维度。然后，我们使用这个哈密顿量的吸附-解吸循环的蒙特卡罗模拟，研究如何在晶体水平上的过渡机制，通过三个关键的物理参数：过渡能垒，细胞-细胞的弹性耦合，和系统的大小的单位细胞的行为。
2015-06-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Large Enhancement and Tunable Band Gap in Silicene by Small Organic Molecule Adsorption
采用vanderWaals密度泛函理论（DFT-D）研究了丙酮、乙腈、氨、苯、甲烷、甲醇、乙醇和甲苯等8种有机分子在硅烯表面的吸附行为.吸附能的计算值在$-0.11$ eV至$-0.95$ eV之间变化。定量地，这些值高于吸附在石墨烯上的分子的相应吸附能。此外，电子结构的计算已经进行。得到的值的带隙范围从0.006 eV到0.35 eV的乙腈丙酮，分别。此外，电子的有效质量的估计和发现是比较小的，这是预期的结果在高电子迁移率。此外，我们还研究了锂原子掺杂对纯硅和丙酮吸附硅的影响。特别是，我们专注于相对于系统中的Li原子的数目的吸附能的变化。我们的研究结果提出了新的方法，使用硅烯分子为基础的能量存储和转换以及电子器件。
2014-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adsorption by design: tuning atom-graphene van der Waals interactions via mechanical strain
我们的目标是了解中性吸附原子和石墨烯层之间的范德华力是如何通过单轴应变和电子相关效应进行修改的。详细分析了三个原子（He，H和Na）和石墨烯应变范围从弱到中等强度。我们表明，范德华势可以显着增强应变，目前我们的结果的应用程序的原子从石墨烯的弹性散射的问题。特别是，我们发现，量子反射可以显着抑制应变，这意味着表面附近的耗散非弹性效应变得越来越重要。此外，我们介绍了一种方法来独立估计的Lennard-Jones参数中使用的有效模型，他与石墨烯相互作用，并确定它们如何依赖于应变。在短距离下，我们发现应变倾向于通过将吸附势最小值的位置推到变形石墨烯片上方的更高距离来降低相互作用强度。这开辟了令人兴奋的机械工程的吸附势的可能性，与各向异性低维超流相的形成和观察的影响。
2016-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cooperative gas adsorption without a phase transition in metal-organic frameworks
通过多孔框架的气体的合作吸附允许比更常见的非合作（朗缪尔型）吸附更有效的吸收和去除。协同性，信号的阶梯状等温线，通常归因于一个相变的框架。然而，金属-有机框架类mmen-M $_2$（dobpdc）表现出合作吸附CO2，但没有表现出相变的证据。在这里，我们将展示如何协同出现在这些框架中的相变的情况下。我们使用量子力学和统计力学相结合的结果表明，协同性从一个急剧的，但有限的增加，与压力，平均长度的CO2分子的链，在框架内的膨胀。我们的研究提供了微观理解的合作结合的紧急功能，包括位置，斜率和高度的等温线步骤，并指出如何优化这些材料中的气体储存和分离。
2017-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of Guest-Induced Structural Transitions in Hybrid Organic-Inorganic Frameworks
我们提供了一个一般的热力学框架，在杂化有机-无机材料的客人诱导的结构转变的理解。该方法是基于实验吸附等温线的分析。它可以确定的自由能差异的主机结构中涉及的客人诱导的转变，特别是很难获得实验。我们讨论了一般情况下的吸附在柔性材料，并显示了一些关键的数量，如孔体积和吸附亲和力，完全确定吸附的现象，包括结构转变的发生。在吸附热力学的基础上，我们提出了客致结构相变的分类法和相应的等温线。特别是，我们推导出一般的条件，观察吸附后的双结构转变，往往导致两步等温线。最后，我们展示了广泛的适用性和鲁棒性的模型，通过三个案例研究的主题杂化有机-无机框架：滞后氢吸附在Co（1，4-benzenedipyrazolate），客体依赖的门打开在铜（4，4 '-bipyridine）（2，5-dihydroxybenzoate）2和CO2诱导的“呼吸”的杂化材料MIL-53。
2019-04-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
van der Waals-corrected Density Functional Theory simulation of adsorption processes on noble-metal surfaces: Xe on Ag(111), Au(111), and Cu(111)
基于局域Wannier函数生成的DFT/vdW-WF 2s 1方法，最近发展到密度泛函理论中包含了van der Waals相互作用，并考虑了金属屏蔽效应来描述金属表面上的吸附过程。采用量子谐振子模型，采用DFT/vdW-QHO-WF变量，对多体效应进行了研究。计算的平衡结合能和距离，和$C_3$系数表征吸附原子表面范德华相互作用，与现有的实验和理论参考数据的比较表明，该方法表现良好，并阐明适当包括屏蔽效应的重要性。结果还与其他vdw校正DFT方案，包括PBE-D，vdw-DF，vdw-DF 2，rVV 10，和更简单的局域密度近似（LDA）和半局域（PBE）广义梯度近似（GGA）的方法得到的结果进行了比较。
2016-03-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Study of van der Waals bonding and interactions in metal organic framework materials
金属有机骨架（MOF）材料由于其在储氢、碳捕获和气体封存等领域的众多应用而引起了广泛的关注。在所有这些应用中，范德华力主导小客体分子与MOFs壁之间的相互作用。在这篇综述文章中，我们描述了如何结合理论和实验方法可以成功地用于研究这些弱相互作用，并阐明吸附机制的各种应用程序的重要。在理论方面，我们表明，虽然标准的密度泛函理论是不能正确地描述范德华相互作用，特别是设计的泛函，包括范德华力存在，产生的结果与实验显着一致。从实验的角度来看，我们显示的例子中，红外吸收和拉曼光谱是必不可少的研究分子/MOF相互作用。重要的是，我们在整个审查中强调，理论和实验的结合是至关重要的，以有效地获得进一步的理解。特别是，我们回顾了这种组合的研究小分子在MOFs的吸附机制，在潮湿条件下的MOFs的化学稳定性，水团簇形成内MOFs，和小分子到MOFs的扩散。理解这些现象对于合理设计具有所需性能的新型MOFs至关重要。
2014-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Comment to: "Noncovalent functionalization of carbon nanotubes by aromatic organic molecules" [ Appl. Phys. Lett. 82, 3746 (2003) ]
本文对碳纳米管吸附芳香族分子的弱化学吸附/电荷转移图提出了批评。
2003-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of rare-gas atoms on Cu(111) and Pb(111) surfaces by van der Waals-corrected Density Functional Theory
采用最大定域Wannier函数的密度泛函理论（DFT）中的VanderWaals相互作用的DFT/vdW-WF方法，研究了稀有气体原子（Ne，Ar，Kr，Ar）在Cu（111）和Pb（111）表面三个高对称性位置的吸附.我们评估的平衡结合能和距离，以及诱导的功函数的变化和偶极矩。我们发现，Ne、Ar和Kr在Cu（111）表面上的不同吸附构型具有非常相似的结合能，而Ne在Cu（111）表面上的最佳吸附位置是在Cu原子的顶部，这与以前的理论计算和实验结果一致，也与其它密堆积金属表面相同.相反，有利的位置总是在Pb（111）表面上的中空位置，因此这代表了一个有趣的系统，其中高配位位置的研究是可能的。此外，在稀有气体吸附时，Pb（111）衬底比Cu（111）经受显著更小的功函数变化（以及相应更小的诱导偶极矩）。所选择的参考DFT功能和不同的范德华修正的作用，以及它们对不同的稀有气体吸附原子的依赖性，也进行了讨论。
2011-12-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Water Adsorption in Soft and Heterogeneous Nanopores
在约束下的液体在行为上不同于它们的本体对应物，并且可以获得特定于约束相并且与主体基质的性质和结构相关的性质。虽然受限液态水并不是一个新的研究课题，但在过去的几年里，人们已经看到了纳米级孔隙内水的一系列有趣的新特征。这些不寻常的性质源于纳米多孔材料的特殊性质：称为“软多孔晶体”，它们将大规模的灵活性与异质内表面相结合。这为吸附水的行为创造了丰富的多样性，不同的实验表征技术与各种尺度的计算化学的结合对于理解观察到的现象及其微观起源是必要的。感兴趣的系统范围跨越整个化学范围，从无机（沸石、伊毛沸石）到有机（微孔碳、石墨烯及其衍生物），甚至包括混合有机-无机系统（例如金属-有机框架）。
2020-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of diatomic halogen molecules on graphene: A van der Waals density functional study
采用密度泛函理论，考虑非局域关联效应，采用vdW-DF方法研究了氟、氯、溴和碘双原子分子在石墨烯上的吸附.结果表明，范德华相互作用在石墨烯和卤素分子之间形成化学键中起着至关重要的作用，因此对于正确描述该系统中的吸附是重要的。已经发现分子的面内取向比垂直于石墨烯层的取向更稳定。在F $_2$、Br $_2$和I $_2$的情况下，我们还发现离子对结合能的贡献，随着距离的增加而慢慢消失。电子结构的分析表明，离子相互作用是由于电荷从石墨烯转移到分子。此外，我们发现，杂质浓度的增加导致导带形成的石墨烯由于卤素分子之间的相互作用。此外，还研究了卤素分子对石墨的插层作用。在卤素分子的存在下，石墨层之间的结合变得显着减弱，这是根据最近的实验结果的声化学剥离的插层石墨。
2010-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resolving the structure-energy dilemma at organic-inorganic interfaces: Adsorption of benzene, thiophene, and xenon over coinage metal surfaces
针对半局域密度泛函近似难以同时准确描述有机分子在 coinage 金属表面吸附能与几何结构的问题，提出基于 Zaremba-Kohn 理论的 DFT+vdW-dZK 方案，其在氙、苯、噻吩的（111）表面吸附模拟中表现优于主流方法。
2021-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Organic versus Hybrid Coacervate Complexes : Co-Assembly and Adsorption Properties
我们报道了由聚电解质-中性嵌段共聚物和带相反电荷的纳米胶体制成的凝聚复合物的共组装和吸附性质。仔细研究的纳米胶体是离子表面活性剂胶束和高度带电的7 nm氧化铈（CeO 2）纳米粒子。静态和动态光散射被用来研究的有机和杂化复合物的微观结构和稳定性。采用低温透射电子显微镜（Cryo-TEM）对CeO 2基复合物的微观结构进行了分析，发现复合物的核心是由密集堆积的纳米颗粒组成的团簇。在感兴趣的浓度范围内，c = 10-4 -lwt. %时，基于表面活性剂的复合物显示出临界缔合浓度（CAC），而纳米颗粒-聚合物杂化物则没有。用驻点吸附反射法研究了配合物在cac上的吸附性能。吸附量作为时间的函数测量的聚合物和复合物使用带阴离子电荷的二氧化硅和疏水性聚（苯乙烯）基板。结果发现，所有的配合物容易吸附在这两种类型的基板高达1 - 2毫克m-2的水平在静止状态。然而，冲洗后，吸附层被除去的表面活性剂为基础的系统，但不是氧化铈簇。至于溶液性质，这些发现被解释在一个临界缔合浓度，这是非常不同的有机和混合配合物。
2007-12-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
van der Waals-corrected Density Functional Theory simulation of adsorption processes on transition-metal surfaces: Xe and graphene on Ni(111)
最近发展的密度泛函理论（DFT）/vdW-WF 2s 1方法在密度泛函理论中引入了范德华相互作用，并考虑了金属屏蔽效应，描述了金属表面上的吸附过程。一般来说，稀有气体原子在金属表面上的吸附是重要的，因为它是物理吸附过程的原型。此外，石墨烯与Ni（111）的相互作用对于实际应用（高质量石墨烯的高效和大规模生产）特别感兴趣，并且从理论的角度来看，特别具有挑战性，因为它可以通过化学吸附和物理吸附过程之间的微妙相互作用来描述。过渡金属的第一性原理模拟需要特别小心，因为它们可以被视为简单金属和绝缘晶体之间的中间系统。即使在这些情况下，该方法也表现良好，通过将我们的结果与现有的实验数据和其他理论研究进行比较来证明。我们还证实了稀有气体氘原子也优先吸附在Ni（111）表面的顶位构型上。我们基于使用最大局部化Wannier函数的方法也使我们能够很好地表征石墨烯和Ni（111）之间的键。
2015-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hysteresis curves reveal the microscopic origin of cooperative CO$_2$ adsorption in diamine-appended metal-organic frameworks
Mg 2（dobpdc）（二胺）2形式的二胺附加的金属有机框架（MOF）以协同方式吸附CO2，表现出CO2占有率随压力或温度的突然变化。这种变化伴随着滞后。虽然滞后是一个firstorder相变的暗示，我们表明，滞后温度占用曲线与这种材料是定性的不同的曲线中看到的相变的存在下，他们反而是一致的CO2链聚合，在一维通道中的MOF，在没有相变。我们的微观模型的模拟再现了这种动态，并指出了合理控制的方式，在平衡和不平衡，在这类工业上重要的材料的合作吸附。
2020-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Strain Switching in van der Waals Heterostructures triggered by a Spin-Crossover Metal Organic Framework
范德华异质结构（vdWH）结合了具有感兴趣特性的不同分层材料，1例如二维（2D）半金属，半导体，磁体或超导体。这些异质结构提供了工程新材料的可能性，这些材料具有以其他方式无法获得的新兴功能。除了无机2D材料之外，层状分子材料仍然相当未被探索，只有很少的例子将它们隔离为原子薄层。通过适当的化学设计，可以调节这些系统的物理性质，如所谓的自旋交叉（SCO）化合物所示，其中可以通过施加外部刺激如光、温度、压力或电场来诱导自旋转变。在这里，我们报告的vdWHs形成的SCO层和几层石墨烯，其性质修改的应变伴随着自旋跃迁。这些分子/无机vdWHs代表了确定性的掺入的非线性分子层与其他二维材料的兴趣在应变电子学的新兴领域。
2022-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Graph Neural Network Predictions of Metal Organic Framework CO2 Adsorption Properties
不断增加的CO2水平是一个关键问题，需要合适的材料来从环境中捕获这些气体。虽然实验和传统的计算方法在寻找这样的材料是有用的，但它们通常是缓慢的，需要加快这样的过程。我们使用原子线图神经网络（ALIGNN）方法来预测CO2在金属有机框架（MOF）中的吸附，这是众所周知的，其高功能的可调性。我们训练ALIGNN模型的假设的MOF（hMOF）数据库与137953 MOF巨正则蒙特卡罗（GCMC）为基础的CO2吸附等温线。我们为预筛选应用开发高精度和快速的模型。我们将训练好的模型应用于CoREMOF数据库，并对它们进行计算排名，以进行实验合成。除了CO2吸附等温线，我们还训练模型的电子带隙，表面积，空隙率，最低空腔直径，和孔限制直径，并说明这种图形神经网络模型的强度和局限性。对于一些候选MOF，我们进行GCMC计算来评估深度学习（DL）预测。
2021-12-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Revealing the role of van der Waals interactions in thiophene adsorption on copper surfaces
由于有机分子在金属表面的复杂电子分布和电荷屏蔽，精确模拟有机分子-金属界面的电子和结构性质是一个具有挑战性的问题。这也是为什么有机/无机系统可以通过微调金属功函数而被设计用于多种应用的原因。在这里，我们使用密度泛函理论（DFT）计算与不同水平的功能近似的噻吩与铜表面相互作用的系统研究。特别是，我们认为吸附结构与噻吩分子坐在顶部网站，与S原子的分子位于顶部的Cu原子。在这项工作中，我们发现，噻吩结合在铜表面上的弱化学吸附假设是很好地证明了两个基于间-GGA的近似，SCAN和SCAN+ rVV 10。PBE-GGA和TM meta-GGA通过显著低估吸附能将其描述为物理吸附现象。计算的吸附能曲线表明，非局部的分子和金属表面之间的色散相互作用主要控制的键合机制，从而修改铜的功函数。我们的研究结果意味着，没有任何形式的范德华（vdW）校正的半局部泛函往往会将其误解为物理吸附，而偶然的误差消除可以正确描述这种吸附图片的错误原因，如在SCAN的情况下。计算的吸附态密度表明，SCAN+ rVV 10的长程vdW修正使S原子的\textit{p}轨道与铜原子的\textit{d} -带之间产生了足够多的杂化，从而使吸附能平均高估了16%.
2019-07-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Discovering Physically Interpretable Mathematical Expression for Predicting CO2 Adsorption in Metal-Organic Frameworks via Machine Learning-Symbolic Regression
The University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Luleå University of Technology（吕勒奥理工大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Tsinghua University（清华大学）
本研究通过ML-SR方法，结合关键结构描述符推导得到可物理解释的CO₂吸附公式，在大规模hMOFs数据集上实现70%以上预测准确率，兼具高效性与机制可解释性。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Enhanced Li capacity in functionalized graphene: A first principle study with van der Waals correction
我们利用密度泛函理论研究了Li在氧化石墨烯上的吸附。我们展示了一种新的和简单的方法，以实现一个积极的锂化电位环氧和羟基官能化的石墨烯，相比，已被发现在prestine石墨烯的负锂化电位。为了更好地描述弱相互作用，我们在计算中加入了范德华修正。正的锂化电位表明Li在氧化石墨烯片上的有利吸附，这可以导致比容量的增加，这进而可以用作Li电池中的阳极材料。我们发现通过官能化石墨烯片的高比容量为~860 mAh/g。该容量高于先前报道的在具有高浓度的Stone-Wales（75%）和双空位（16%）缺陷的石墨烯上实现的容量。产生如此高密度的缺陷会使整个系统在能量上不稳定，而氧化石墨烯是一种天然存在的物质。
2015-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption induced pyramidal distortion of the tri-metallic nitride core inside the endohedral fullerene Sc$_3$N@C$_{80}$ on the Ag(111) surface
我们理解和定制金属-有机界面的能力是下一代电子和自旋电子器件功能化有机络合物的必要条件。对于磁性数据存储应用，携带金属的有机分子，所谓的单分子磁体（SMM）是特别感兴趣的，因为它们产生在分子尺度上存储信息的可能性。在这项工作中，我们专注于在Ag（111）衬底上的单层膜中生长的原型SMM Sc3N@C80的吸附性质。我们提供了明确的证据表明，在吸附在Ag（111）表面上的碳笼内的其他平面Sc 3 N核心的金字塔扭曲。这种吸附引起的Sc3N@C80分子的结构变化可以与从基底到Sc3N@C80的最低未占分子轨道的电荷转移相关，这显著改变了富勒烯核的电荷密度。因此，我们对Sc3N@C80-Ag（111）界面的全面表征揭示了富勒烯分子的Sc 3 N核心与贵金属表面之间通过界面电荷转移介导的间接耦合机制。我们的工作表明，这种间接耦合之间的封装的金属中心的SMM和金属表面可以强烈地影响金属中心的几何结构，从而也可能改变表面上的磁性SMM。
2019-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Manipulating the orientation of an organic adsorbate on silicon: a NEXAFS study of acetophenone on Si(001)
我们利用同步辐射芯能级光谱技术和密度泛函理论计算研究了苯乙酮在Si（001）表面的化学和结构构型。样品是在高真空下用苯乙酮气相注入清洁的Si（001）表面制备的。近边X射线吸收精细结构谱和光电子能谱学测量在室温下作为覆盖密度和沉积后退火温度的函数。我们发现，占主导地位的室温吸附结构位于平坦的衬底上，而适度的热退火诱导苯环和表面之间的Si-C键的断裂，导致吸附物的重新取向成直立配置。
2014-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Combined Experimental and Theoretical Studies on Iodine Capture of Zr-based Metal-Organic Frameworks: Effect of N-functionalization and Adsorption Mechanism
本文合成并研究了Zr基MOFs及其N功能化类似物，发现富N配体通过增强亲和力显著提升碘吸附速率和容量，且具备优异循环性能，为放射性碘捕获机制提供了深入指导。
2023-10-05 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Switchable Altermagnetism in a Layered van der Waals Metal-Organic Framework Driven by Spin-Crossover
Instituto de Ciencia Molecular, Universitat de València（瓦伦西亚大学分子科学研究所）
本研究通过密度泛函计算，提出利用自旋交叉机制在层状范德华MOFs中按需切换交变磁性，为可重构自旋电子器件提供了新平台。
2026-09-09 cond-mat.mtrl-sci
