DFT计算机组的类型适用范围,盘点DFT模拟如何在钙钛矿顶刊中大展宏图

原标题：盘点DFT模拟如何在钙钛矿顶刊中大展宏图

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DFT简介

密度泛函理论(Density functional theory)，缩写为DFT。它是一种研究多电子系统的电子结构是一种量子力学方法。密度泛函理论在物理和化学中有着广泛的应用，特别是在分子和凝聚态性质的研究中。它是凝聚态物理、计算材料科学和计算化学领域最常用的方法之一。经典的电子结构理论DFT方法，如hartree-fock和hartree-fock方法，都是基于复杂的多电子波函数。密度泛函理论的主要目标是用电子密度作为基本量来代替波函数。由于多电子波函数有3N个变量(N是电子的数量，每个电子包含3个空间变量)，而电子密度只是3个变量的函数，因此在概念上和实际操作上都更方便。

DFT的材料科学计算与仿真方法不仅可以研究现有材料，而且可以对新材料进行预测。DFT计算是一门交叉学科，往往将计算和材料学科的实验结合在一起，互相补充。可以研究材料的结构，结构参数(键长、键角、晶格参数、原子位置)，稳定的构象,表面能量、表面吸附能、表面能、表面重建、缺陷和其他结构,材料/能源/化学及其相关的学科的分子动力学模拟。 1

本文就以钙钛矿为例，说明DFT计算在钙钛矿领域的应用。

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DFT在钙钛矿中有机阳离子疏水性的应用

华盛顿大学的Alex K.-Y. Jen教授2 通过对比不同取代基的有机间隔阳离子，从而探究取代基对钙钛矿性能的影响。以PEA、F-PEA、以及MeO-PEA为例，对quais-2D钙钛矿的光电性质和稳定性进行了研究。

作者通过使用Grimme的密度泛函理论(DFT)-D3方法对范德华力进行校正，通过计算范德华相互作用发现，MeO-PEAI和F- PEAI显示出空间效应和电子对水的排斥力较为明显，当水接近钙钛矿表面时，在束缚能曲线上出现一个山谷。此时水分子仍然远离钙钛矿，如果水分子想要更靠近钙钛矿，相互作用就会迅速变得排斥。可以看到MeO-PEA钙钛矿将表现出强烈的排斥，即使水仍然是相当远的距离。这能够有效地阻止水的渗透进入钙钛矿结构，因此以MeO-PEAI和F- PEAI有机阳离子为间隔的钙钛矿表现出更好的稳定性。其中以F- PEAI基准2D钙钛矿(n = 5)太阳能电池表现出最好的PCE可达14.5%。而且能够在湿度40-50%，保持90%的原始PCE，所以从实验和计算模拟同时表现出MeO-PEAI和F- PEAI有机阳离子为间隔的钙钛矿表现出更好的稳定性。

图1:水与不同有机阳离子2D钙钛矿的束缚能曲线2