Thermal transport across TiO2–H2O interface involving water dissociation: Ab initio-assisted deep potential molecular dynamics

离解(化学) 化学物理 分子动力学 热的 从头算 氢 化学 材料科学 热力学 物理化学 计算化学 物理 有机化学
作者
Zhiqiang Li,Jian Wang,Chao Yang,Linhua Liu,Jia‐Yue Yang
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:159 (14) 被引量:10
标识
DOI:10.1063/5.0167238
摘要

Water dissociation on TiO2 surfaces has been known for decades and holds great potential in various applications, many of which require a proper understanding of thermal transport across the TiO2–H2O interface. Molecular dynamics (MD) simulations play an important role in characterizing complex systems’ interfacial thermal transport properties. Nevertheless, due to the imprecision of empirical force field potentials, the interfacial thermal transport mechanism involving water dissociation remains to be determined. To cope with this, a deep potential (DP) model is formulated through the utilization of ab initio datasets. This model successfully simulates interfacial thermal transport accompanied by water dissociation on the TiO2 surfaces. The trained DP achieves a total energy accuracy of ∼238.8 meV and a force accuracy of ∼197.05 meV/Å. The DPMD simulations show that water dissociation induces the formation of hydrogen bonding networks and molecular bridges. Structural modifications further affect interfacial thermal transport. The interfacial thermal conductance estimated by DP is ∼8.54 × 109 W/m2 K, smaller than ∼13.17 × 109 W/m2 K by empirical potentials. The vibrational density of states (VDOS) quantifies the differences between the DP model and empirical potentials. Notably, the VDOS disparity between the adsorbed hydrogen atoms and normal hydrogen atoms demonstrates the influence of water dissociation on heat transfer processes. This work aims to understand the effect of water dissociation on thermal transport at the TiO2–H2O interface. The findings will provide valuable guidance for the thermal management of photocatalytic devices.
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