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Enregistrement W3099524085 · doi:10.1103/physrevmaterials.4.113805

Validating first-principles molecular dynamics calculations of oxide/water interfaces with x-ray reflectivity data

2020· article· en· W3099524085 sur OpenAlexfundno aff
Katherine Harmon, Kendra Letchworth‐Weaver, Alex P. Gaiduk, Federico Giberti, François Gygi, Maria K. Y. Chan, Paul Fenter, Giulia Galli

Notice bibliographique

RevuePhysical Review Materials · 2020
Typearticle
Langueen
DomaineEnergy
ThématiqueIron oxide chemistry and applications
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesBasic Energy SciencesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaOffice of ScienceMidwest Integrated Center for Computational MaterialsNorthwestern UniversityUniversity of ChicagoThomas F. and Kate Miller Jeffress Memorial TrustLaboratory Directed Research and DevelopmentNational Defense Science and Engineering GraduateArgonne National LaboratoryU.S. Department of EnergyU.S. Department of Defense
Mots-clésOxideMaterials scienceWater modelMolecular dynamicsChemical physicsvan der Waals forceElectronic structureWater splittingAb initioComputational chemistryPhotocatalysisMoleculePhysicsChemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Metal oxide/water interfaces play a crucial role in many electrochemical and photocatalytic processes, such as photoelectrochemical water splitting, the creation of fuel from sunlight, and electrochemical $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{2}$ reduction. First-principles electronic structure calculations can reveal unique insights into these processes, such as the role of the alignment of the oxide electronic energy levels with those of liquid water. An essential prerequisite for the success of such calculations is the ability to predict accurate structural models of these interfaces, which in turn requires careful experimental validation. Here we report a general, quantitative validation protocol for first-principles molecular dynamics simulations of oxide/aqueous interfaces. The approach makes direct comparisons of interfacial x-ray reflectivity (XR) signals from experimental measurements and those obtained from ab initio simulations with semilocal and van der Waals functionals. The protocol is demonstrated here for the case of the ${\mathrm{Al}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}(001)$/water interface, one of the simplest oxide/water interfaces. We discuss the technical requirements needed for validation, including the choice of the density functional, the simulation cell size, and the optimal choice of the thermodynamic ensemble. Our results establish a general paradigm for the validation of structural models and interactions at solid/water interfaces derived from first-principles simulations. While there is qualitative agreement between the simulated structures and the experimental best-fit structure, direct comparisons of simulated and measured XR intensities show quantitative discrepancies that derive from both bulk regions (i.e., alumina and water) as well as the interfacial region, highlighting the need for accurate density functionals to properly describe interfacial interactions. Our results show that XR data are sensitive not only to the atomic structure (i.e., the atom locations) but also to the electron-density distributions in both the substrate and at the interface.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,009
Score d'incertitude au seuil0,018

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,072
Tête enseignante GPT0,328
Écart entre enseignants0,256 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations13
Publié2020
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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