A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
Addressing Dynamics at Catalytic Heterogeneous Interfaces with DFT-MD : Anomalous Temperature Distributions from Commonly Used Thermostats (2022)
Korpelin, V., Kiljunen, T., Melander, M. M., Caro, M. A., Kristoffersen, H. H., Mammen, N., Apaja, V., & Honkala, K. (2022). Addressing Dynamics at Catalytic Heterogeneous Interfaces with DFT-MD : Anomalous Temperature Distributions from Commonly Used Thermostats. Journal of Physical Chemistry Letters, 13(11), 2644-2652. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c00230
JYU-tekijät tai -toimittajat
Julkaisun tiedot
Julkaisun kaikki tekijät tai toimittajat: Korpelin, Ville; Kiljunen, Toni; Melander, Marko M.; Caro, Miguel A.; Kristoffersen, Henrik H.; Mammen, Nisha; Apaja, Vesa; Honkala, Karoliina
Lehti tai sarja: Journal of Physical Chemistry Letters
ISSN: 1948-7185
eISSN: 1948-7185
Julkaisuvuosi: 2022
Ilmestymispäivä: 17.03.2022
Volyymi: 13
Lehden numero: 11
Artikkelin sivunumerot: 2644-2652
Kustantaja: American Chemical Society (ACS)
Julkaisumaa: Yhdysvallat (USA)
Julkaisun kieli: englanti
DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c00230
Julkaisun avoin saatavuus: Avoimesti saatavilla
Julkaisukanavan avoin saatavuus: Osittain avoin julkaisukanava
Julkaisu on rinnakkaistallennettu (JYX): https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/80252
Tiivistelmä
Density functional theory-based molecular dynamics (DFT-MD) has been widely used for studying the chemistry of heterogeneous interfacial systems under operational conditions. We report frequently overlooked errors in thermostated or constant-temperature DFT-MD simulations applied to study (electro)catalytic chemistry. Our results demonstrate that commonly used thermostats such as Nosé–Hoover, Berendsen, and simple velocity-rescaling methods fail to provide a reliable temperature description for systems considered. Instead, nonconstant temperatures and large temperature gradients within the different parts of the system are observed. The errors are not a “feature” of any particular code but are present in several ab initio molecular dynamics implementations. This uneven temperature distribution, due to inadequate thermostatting, is well-known in the classical MD community, where it is ascribed to the failure in kinetic energy equipartition among different degrees of freedom in heterogeneous systems (Harvey et al. J. Comput. Chem. 1998, 726−740) and termed the flying ice cube effect. We provide tantamount evidence that interfacial systems are susceptible to substantial flying ice cube effects and demonstrate that the traditional Nosé–Hoover and Berendsen thermostats should be applied with care when simulating, for example, catalytic properties or structures of solvated interfaces and supported clusters. We conclude that the flying ice cube effect in these systems can be conveniently avoided using Langevin dynamics.
YSO-asiasanat: kemia; lämmönsäätimet; tiheysfunktionaaliteoria; molekyylidynamiikka
Liittyvät organisaatiot
Hankkeet, joissa julkaisu on tehty
- Varauksen siirron kinetiikka neste-kiinteä -rajapinnoilla: Sähkökemiallisen energiantuontannon ja -varastoinnin perusmekanismit
- Melander, Marko
- Suomen Akatemia
- CompEL: Sähkökemiallisen hapenpelkistysreaktion ymmärtäminen laskennallisen kemian avulla
- Melander, Marko
- Suomen Akatemia
- Biomassasta saatujen polyolien katalyyttinen ja elektrokatalyyttinen hapetus nesteen ja
kiinteän välisellä rajapinnalla- Honkala, Karoliina
- Suomen Akatemia
- Uusia nanokatalyytteja ligandisuojatuista metalliklustereista
- Mammen, Nisha
- Suomen Akatemia
- Hiilidioksidin pelkistäminen valolla aktivoiduilla molekulaarisilla katalyyteillä
- Honkala, Karoliina
- Jane ja Aatos Erkon säätiö
OKM-raportointi: Kyllä
VIRTA-lähetysvuosi: 2022
JUFO-taso: 3