MetalWalls: Simulating electrochemical interfaces between polarizable electrolytes and metallic electrodes

电解质 极化率 电极 极化(电化学) 密度泛函理论 化学物理 偶极子 分子动力学 材料科学 电化学 计算机科学 化学 分子 物理 计算化学 物理化学 量子力学
作者
Alessandro Coretti,Camille Bacon,Roxanne Berthin,Alessandra Serva,Laura Scalfi,Iurii Chubak,Kateryna Goloviznina,Matthieu Haefelé,A. Marin-Laflèche,Benjamin Rotenberg,Sara Bonella,Mathieu Salanne
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:157 (18): 184801-184801 被引量:62
标识
DOI:10.1063/5.0101777
摘要

Electrochemistry is central to many applications, ranging from biology to energy science. Studies now involve a wide range of techniques, both experimental and theoretical. Modeling and simulations methods, such as density functional theory or molecular dynamics, provide key information on the structural and dynamic properties of the systems. Of particular importance are polarization effects of the electrode/electrolyte interface, which are difficult to simulate accurately. Here, we show how these electrostatic interactions are taken into account in the framework of the Ewald summation method. We discuss, in particular, the formal setup for calculations that enforce periodic boundary conditions in two directions, a geometry that more closely reflects the characteristics of typical electrolyte/electrode systems and presents some differences with respect to the more common case of periodic boundary conditions in three dimensions. These formal developments are implemented and tested in MetalWalls, a molecular dynamics software that captures the polarization of the electrolyte and allows the simulation of electrodes maintained at a constant potential. We also discuss the technical aspects involved in the calculation of two sets of coupled degrees of freedom, namely the induced dipoles and the electrode charges. We validate the implementation, first on simple systems, then on the well-known interface between graphite electrodes and a room-temperature ionic liquid. We finally illustrate the capabilities of MetalWalls by studying the adsorption of a complex functionalized electrolyte on a graphite electrode.
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