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示例 10-3：VASPsol 隐式水溶剂与线性化 Poisson–Boltzmann 电解质

目的

  • 演示 VASPsol 的标准两步法：真空单点（写 WAVECAR）→ ISTART = 1 + LSOL = .TRUE. 的溶剂单点；
  • 得到 CO/Pt(111) 体系的溶剂化能 \(E_\mathrm{sol}-E_\mathrm{vac}\)；
  • （可选）加入 LAMBDA_D_K 的线性化 Poisson–Boltzmann 电解质，查看 FERMI_SHIFT，为恒电势方法做准备。

对应教程：第10章 吸附、催化与自由能（§11）。

文件说明

文件 说明
POSCAR CO/Pt(111) top 位初始结构（与示例 10-1 的 3_co_top/POSCAR 相同）；生产计算请换成优化后的 CONTCAR
KPOINTS Γ 中心 6×6×1
INCAR_vac 第 1 步：真空单点，LWAVE = .TRUE.
INCAR_sol 第 2 步：ISTART = 1、LSOL = .TRUE.、EB_K = 78.4、TAU = 0.000525（VASPsol 对水的默认值）
INCAR_lpb 第 3 步（可选）：再加 LAMBDA_D_K = 3.0（Debye 长度，约对应 1 M 1:1 电解质）
run_vaspsol.sh 依次在 vac/、sol/（、lpb/）中运行并打印溶剂化能

运行步骤

前提：VASP 必须打过 VASPsol 补丁（henniggroup/VASPsol 的 README；编译要点见第1章与第10章 §11.1）。

cd VASP/examples/10-vaspsol-implicit-solvent
cp ../10-co-pt111-adsorption/3_co_top/CONTCAR POSCAR     # 推荐：用优化好的结构
export VASP_PP_PATH=/path/to/your/paw/library
bash ../10-co-pt111-adsorption/make_potcar.sh .

# 在作业脚本或交互式节点中运行（run_vaspsol.sh 内部调用 mpirun）
bash run_vaspsol.sh            # vac -> sol
bash run_vaspsol.sh lpb        # vac -> sol -> lpb

用 Slurm 时，把 bash run_vaspsol.sh 写进作业脚本（可参考 ../10-co-pt111-adsorption/job.slurm，把其中的 mpirun 行替换掉）。

预期结果 / 如何检查

  • 脚本最后打印 E(solvent) - E(vacuum) = ... eV，对金属表面上的小分子通常是负的、量级在零点几 eV 以内（依体系而定，此处仅为量级描述）；
  • sol/ 的 SCF 步数明显多于 vac/；
  • 脚本会列出 sol/ 中与溶剂化有关的输出行；若两次能量几乎相同且找不到任何溶剂化相关输出，说明可执行文件没有包含 VASPsol；
  • lpb/vasp.out 中应能找到 FERMI_SHIFT，把它加到 E_F 上才得到以电解质深处电势为零的费米能级。

注意事项

  • NC_K、SIGMA_K、TAU 的默认值是针对水拟合的；换溶剂只改 EB_K 不够。
  • 空腔能（TAU 项）对 FFT 网格敏感：比较 ENCUT = 450 与 500 eV 的溶剂化能，确认收敛。
  • 计算吸附能的溶剂化校正时，slab、吸附体系都要做"真空 + 溶剂"两步；气相分子的参考态按实验条件选择（见教程 §11.3）。
  • 原 VASPsol 仓库已停止开发，新版本为 VASPsol++（VASPsol/VASPsol），关键词可能不同。
  • 本示例不加 LDIPOL；如需与偶极校正同时使用，请先做对照测试。