Accurate electronic and chemical properties of 3d transition metal oxides using a calculated linear response U and a DFT + U(V) method

密度泛函理论 混合功能 电子结构 过渡金属 材料科学 金属 计算化学 化学 热力学 物理 催化作用 生物化学 冶金
作者
Zhongnan Xu,Yogesh V. Joshi,Sumathy Raman,John R. Kitchin
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:142 (14) 被引量:35
标识
DOI:10.1063/1.4916823
摘要

We validate the usage of the calculated, linear response Hubbard U for evaluating accurate electronic and chemical properties of bulk 3d transition metal oxides. We find calculated values of U lead to improved band gaps. For the evaluation of accurate reaction energies, we first identify and eliminate contributions to the reaction energies of bulk systems due only to changes in U and construct a thermodynamic cycle that references the total energies of unique U systems to a common point using a DFT + U(V ) method, which we recast from a recently introduced DFT + U(R) method for molecular systems. We then introduce a semi-empirical method based on weighted DFT/DFT + U cohesive energies to calculate bulk oxidation energies of transition metal oxides using density functional theory and linear response calculated U values. We validate this method by calculating 14 reactions energies involving V, Cr, Mn, Fe, and Co oxides. We find up to an 85% reduction of the mean average error (MAE) compared to energies calculated with the Perdew-Burke-Ernzerhof functional. When our method is compared with DFT + U with empirically derived U values and the HSE06 hybrid functional, we find up to 65% and 39% reductions in the MAE, respectively.
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