Approximating constant potential DFT with canonical DFT and electrostatic corrections
Julkaisuvuosi
2023
Tekijät
Domínguez-Flores, Fabiola; Melander, Marko M.
Tiivistelmä
The complexity of electrochemical interfaces has led to the development of several approximate density functional theory (DFT)-based schemes to study reaction thermodynamics and kinetics as a function of electrode potential. While fixed electrode potential conditions can be simulated with grand canonical ensemble DFT (GCE-DFT), various electrostatic corrections on canonical, constant charge DFT are often applied instead. In this work, we present a systematic derivation and analysis of the different electrostatic corrections on canonical DFT to understand their physical validity, implicit assumptions, and scope of applicability. Our work highlights the need to carefully address the suitability of a given model for the problem under study, especially if physical or chemical insight in addition to reaction energetics is sought. In particular, we analytically show that the different corrections cannot differentiate between electrostatic interactions and covalent or charge-transfer interactions. By numerically testing different models for CO2 adsorption on a single-atom catalyst as a function of the electrode potential, we further show that computed capacitances, dipole moments, and the obtained physical insight depend sensitively on the chosen approximation. These features limit the scope, generality, and physical insight of these corrective schemes despite their proven practicality for specific systems and energetics. Finally, we suggest guidelines for choosing different electrostatic corrections and propose the use of conceptual DFT to develop more general approximations for electrochemical interfaces and reactions using canonical DFT.
Näytä enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Lehti
Artikkelin tyyppi
Alkuperäisartikkeli
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessäJulkaisukanavan tiedot
Kustantaja
Volyymi
158
Numero
14
Artikkelinumero
144701
ISSN
Julkaisufoorumi
Julkaisufoorumitaso
1
Avoin saatavuus
Avoin saatavuus kustantajan palvelussa
Ei
Rinnakkaistallennettu
Kyllä
Muut tiedot
Tieteenalat
Fysiikka; Kemia
Avainsanat
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
Julkaisumaa
Yhdysvallat (USA)
Kustantajan kansainvälisyys
Kansainvälinen
Kieli
englanti
Kansainvälinen yhteisjulkaisu
Ei
Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa
Ei
DOI
10.1063/5.0138197
Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen
Kyllä