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热搜产品: 第一性原理-吸附能第一性原理-态密度第一性原理-差分电荷密度第一性原理-反应能垒

第一性原理-密度泛函理论-DFT-是一种仅基于量子力学基本定律和已知的自然常数，不依赖任何经验参数或假设模型，来模拟和预测材料性质的计算方法。它如同在计算机中从原子核和电子出发，通过求解薛定谔方程，“无中生有”地推演出材料的全部电子结构，从而预测其结构、稳定性、电学、磁学、光学、力学及化学活性等几乎所有宏观性质。

应用领域及对应计算性质：

一、催化与表界面过程研究

析氢/析氧/氧还原反应 (HER/OER/ORR)、氮还原/硝酸根还原反应 (NRR/NO3RR)、二氧化碳还原反应 (CO2RR)、有机分子氧化反应 (UOR, HzOR等)：计算关键中间体的吸附能，绘制反应自由能台阶图，确定电位决定步骤，从电子结构（态密度）层面解释活性起源。

通用催化机理研究：通过差分电荷密度、COHP分析、原子电荷布居，明晰催化中心的电荷转移与成键强度；通过自旋密度分析研究磁性催化剂的作用机制。

二、能源存储与转化材料设计

锂离子/钠离子电池、锂硫电池、电极材料、界面与电解质：

计算锂/钠离子的扩散能垒（决定快充性能）、形成能（评估结构稳定性）、能带与态密度（判断电子导电性），研究电极-电解液界面的稳定性，模拟SEI膜成分的生成机理。

精确模拟多硫化锂（Li₂Sₓ）在主体材料（如碳、极性化合物）上的吸附能，计算其转化反应的反应能垒，揭示抑制穿梭效应的微观机制。

材料稳定性与离子传输：通过AIMD模拟材料在高温或电场下的结构稳定性，观察离子迁移的微观过程，验证静态计算得出的扩散能垒。

三、材料本征电子与结构性质预测

能带结构：确定材料是金属、半导体还是绝缘体，获得带隙值、有效质量、载流子迁移特性等信息。

态密度（DOS、PDOS）：分析各原子轨道对电子态的贡献，揭示化学键特性、磁性来源及催化活性位点。

电荷分布分析：通过电荷密度、差分电荷密度、ELF和原子电荷，直观展示化学键的形成、类型（共价键、离子键、金属键）及强度。

化学键分析：使用COHP工具定量分析原子间成键与反键相互作用的强度，解释结构稳定性。

磁性研究：绘制自旋密度图，确定磁矩的分布与耦合方式，为自旋电子学材料设计提供依据。

表面与界面性质：计算功函数，分析电子逸出能力，对异质结、场发射、腐蚀等研究至关重要。

四、材料稳定性、动力学与热力学评估

形成能/缺陷形成能：评估材料本身或掺杂/缺陷结构的热力学稳定性，预测本征缺陷类型或掺杂难易程度。

声子谱计算：判断材料的动力学稳定性（无虚频），并进一步计算热力学函数（自由能、熵、热容）。

热稳定性与相变：通过AIMD模拟，观察材料在设定温度下的结构演化，预测其热分解或相变过程。

弹性与力学性质：计算弹性常数，推导材料的体积模量、剪切模量、硬度等力学参数。

计算软件：

1. VASP：商业软件，周期性平面波赝势代码的业界标杆，功能全面。

2. Quantum ESPRESSO：开源集成软件套件，基于平面波赝势，模块化设计，计算效率高。

3. ABINIT：强大的开源第一性原理软件，专注于材料特性计算，在多微扰理论方面有优势。

4. CASTEP：集成于Materials Studio的平面波赝势代码，界面友好，上手快。

5. WIEN2k：基于全势线性缀加平面波方法的商业软件，精度最高之一，擅长强关联、磁性材料。

6. 其他关键辅助工具：VESTA（可视化），pymatgen/ASE（分析库），Wannier90（紧束缚模型），phonopy（声子计算）。

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成都计算狗数据科技有限公司（以下简称“计算狗”）作为一家为高校、研究院所和企业提供专业高效模拟计算技术支持服务的公司，既有博士领衔的985硕士起步全职技术团队，也有经验丰富的国内外专家组提供技术支持。计算狗可提供多尺度模拟计算解决方案，从微观量子化学、第一性原理、分子动力学到宏观的有限元仿真均可提供，计算服务能力专业高效，数据质量真实严谨，践行用知识服务产业的使命，助力社会创新升级。已为清华、北大、川大、上交、华为海思、韩国成均馆大学、瑞典皇家理工、香港理工等36万余用户提供超62万次科研服务，累计完成400多万课题，并与数千家科研院所与高校保持长期合作。我们的计算+实验合作案例在Nature,Nat.Mater.,Nat.Catal.,J.Am.Chem.Soc.,Angew.Chem.Int.Ed.,NatCommun.,Adv.Mater.等顶级期刊均有发表，客户复购率达94%。

岑望来

副研究员/硕士生导师毕业于四川大学，计算GO高级技术顾问

岑望来 /计算GO高级技术顾问

副研究员/硕士生导师

四川大学

研究领域:

多尺度分子模拟技术与实验设计结合技术，系统构建纳米材料、高分子材料、生物医药等领域中复杂界面的分子界面结构信息、分子间作用关系，拟发展功能性界面构-效关系谱。

发表文章:

Applied Catalysis B-Environmental, ACS Catalysis, Nanoscale, Journal of Materials Chemistry A, ACS Applied Materials & Interfaces, Journal of Physical Chemistry C等。

刘嵚

博士毕业于武汉大学，计算GO高级工程师

刘嵚 /计算GO高级工程师

博士

武汉大学

研究领域:

表面化学，结构力学，光催化等方面的第一性原理模拟计算。

发表文章:

ChemPhysChem, Materials Today Communications, Physical Chemistry Chemical Physics, Journal of Physical Chemistry C, Applied Surface Science等。

宋先雨

博士毕业于华中理工大学，计算GO高级工程师

宋先雨 /计算GO高级工程师

博士

华中理工大学

研究领域:

发表文章:

Macromolecules，Journal of Materials Chemistry A，Chemical Engineering Science，Journal of Physical Chemistry C，Langmuir等。

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