Implicit self-consistent electrolyte model in plane-wave density-functional theory

密度泛函理论 隐溶剂化 从头算 溶剂化 电解质 泊松方程 自由度(物理和化学) 统计物理学 化学 材料科学 计算化学 热力学 物理 量子力学 电极 分子
作者
Kiran Mathew,Venkata Surya Chaitanya Kolluru,Srinidhi Mula,Stephan N. Steinmann,Richard G. Hennig
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:151 (23) 被引量:555
标识
DOI:10.1063/1.5132354
摘要

The ab initio computational treatment of electrochemical systems requires an appropriate treatment of the solid/liquid interfaces. A fully quantum mechanical treatment of the interface is computationally demanding due to the large number of degrees of freedom involved. In this work, we develop a computationally efficient model where the electrode part of the interface is described at the density-functional theory (DFT) level, and the electrolyte part is represented through an implicit solvation model based on the Poisson-Boltzmann equation. We describe the implementation of the linearized Poisson-Boltzmann equation into the Vienna Ab initio Simulation Package, a widely used DFT code, followed by validation and benchmarking of the method. To demonstrate the utility of the implicit electrolyte model, we apply it to study the surface energy of Cu crystal facets in an aqueous electrolyte as a function of applied electric potential. We show that the applied potential enables the control of the shape of nanocrystals from an octahedral to a truncated octahedral morphology with increasing potential.
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