VASP 专题

VASP OER实操：四种表面与原子结构优化

从Pt111裸表面、OH、O、OOH开始，展示完整输入和提交步骤，讲清固定晶胞与原子优化。

更新于 2026-11-12约 7 分钟阅读按任务与环境选择适用配置

阅读本篇目录

下载Pt(111)四步OER自由能示例包，保存为example.zip：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd vasp-oer-free-energy-example
bash results.sh

这里的参考结果来自鸢算科技集群实际VASP计算，包含17个选定的优化、静态或振动任务目录；不是把示意能量填入台阶图。计算使用VASP6.6.1、NVHPC25.3、CUDA12.8、HPC-X2.22.1、MKL2023.2，P100/V10016G单卡；后处理使用ASE3.29.0环境的Python/NumPy。附件不包含POTCAR或WAVECAR，需自行准备有授权、与元素顺序匹配的PBE64势。

本例采用三层2×2 Pt(111)小表面、吸附物谐振近似与理想计算氢电极（CHE），用于说明操作流程。它没有显式水、电解液、电场响应、覆盖度系统比较或反应速率计算，不能将这里的数值当作真实电极的定量性能。

1. 整个流程先看一遍#

准备裸表面*、OH*、O*、OOH*，并分别优化原子位置。
对各自最终结构做统一设置的静态能量计算。
固定全部Pt，只对吸附物做有限位移振动，得到零点及有限温度振动自由能。
计算H₂与H₂O的气相能量、内部振动及理想气体修正，并明确液态水参照。
用CHE组合四步反应自由能，加入电势修正，绘图并读取热力学限制步骤。

后三步分别见振动与气相参照和自由能提取与绘图。

2. 本例的四种实际表面#

Pt111四种实际表面结构

采用Pt晶格常数3.92 Å，每层4个Pt、共12个；底部两层8个Pt固定，最上层4个Pt及吸附物可以移动。平衡表面上下各约8 Å真空。本例O使用fcc位点，OH与OOH使用各自优化后的局部结构；没有穷举全部位点。图按吸附位点附近的周期最小镜像展示，坐标平移不改变实际结构。

这里优化的是原子位置，不优化晶胞。 ISIF=2保持同一晶格与表面积；孤立H₂/H₂O也只优化分子坐标，固定12 Å盒子。不要让表面真空随各个吸附物独立收缩，再直接比较总能量。

3. 准备一次优化#

以OOH为例，参考输入目录保留了实际使用的方法名：

python3 prepare.py Pt-OOH-rmm-polish-opt
cd work/Pt-OOH-rmm-polish-opt
cat POSCAR
cat INCAR
cat KPOINTS
# 在这里准备与POSCAR一致的Pt、O、H POTCAR
sbatch run.slurm

prepare.py创建独立工作目录，保留已有计算；无重启波函数时将ISTART=0、ICHARG=2设为从头开始。下列是资料包中的实际OOH优化INCAR，其原始ISTART=1对应已有重启文件；使用上面准备程序后以生成文件为准。

SYSTEM=Pt-OOH small OER teaching
ENCUT=520
EDIFF=1e-7
EDIFFG=-.005
PREC=Accurate
LREAL=.FALSE.
LASPH=.TRUE.
ISYM=0
NSW=80
IBRION=1
ISIF=2
POTIM=.1
ISTART=1
ICHARG=0
LWAVE=.TRUE.
LCHARG=.FALSE.
LH5=.FALSE.
ISMEAR=0
SIGMA=.05
ALGO=Normal
NELM=160
ISPIN=2
MAGMOM=0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0
NBANDS=112
LDIPOL=.TRUE.
IDIPOL=3
DIPOL=.5 .5 .5
NFREE=8

同一任务POSCAR：

Pt O  H                                 
    1.000000000000000     
     5.5437171645025325    0.0000000000000000    0.0000000000000000
     2.7718585822512662    4.8009998958550284    0.0000000000000000
     0.0000000000000000    0.0000000000000000   20.5264261104466641
   Pt   O    H 
    12     2     1
Selective dynamics
Direct
     0.1666666666666643    0.1666666666666643    0.3897414950344640   F   F   F
     0.6666666666666643    0.1666666666666643    0.3897414950344640   F   F   F
     0.1666666666666643    0.6666666666666643    0.3897414950344640   F   F   F
     0.6666666666666643    0.6666666666666643    0.3897414950344640   F   F   F
     0.8333333333333357    0.3333333333333357    0.5000000000000000   F   F   F
     0.3333333333333357    0.3333333333333357    0.5000000000000000   F   F   F
     0.8333333333333357    0.8333333333333357    0.5000000000000000   F   F   F
     0.3333333333333357    0.8333333333333357    0.5000000000000000   F   F   F
     0.9942010713597957    0.9955539102667923    0.6213815473032946   T   T   T
     0.4954757508742847    0.9942830993983345    0.6168314997129201   T   T   T
     0.9945954240563172    0.4944968203497093    0.6177220011329373   T   T   T
     0.4950614822977282    0.4950553789033046    0.6170988324876785   T   T   T
     0.9986910545724644    0.9775628314509232    0.7199395852217840   T   T   T
     0.0346332248245605    0.1885870694555665    0.7499469458065834   T   T   T
     0.2392128982601511    0.1046028630306920    0.7501632142461466   T   T   T
 
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00
  0.00000000E+00  0.00000000E+00  0.00000000E+00

KPOINTS：

TeachingGammaCentred
0
Gamma
2 2 1
0 0 0

Selective dynamics的F/T决定原子哪些方向固定；不要把Pt与O/H顺序重新排序后仍沿用原POTCAR。LDIPOL/IDIPOL=3与非对称表面法向z一致，四种表面的静态设置保持一致。这个2×2×1网格只属于本小模型，需要按自己的表面尺寸检查。

4. 其他结构怎样准备#

# 回到示例根目录后，分别创建
python3 prepare.py Pt-clean-opt
python3 prepare.py Pt-OH-opt
python3 prepare.py Pt-O-fcc-opt
python3 prepare.py H2-opt
python3 prepare.py H2O-opt

进入各个目录，核对元素顺序、准备POTCAR，再用其中的sbatch run.slurm提交。参考包中每种结构都有完整INCAR/POSCAR/KPOINTS。表面含金属和吸附物，使用自旋极化；本例孤立H₂/H₂O为闭壳层。

优化完先检查：

grep -F 'reached required accuracy' OUTCAR
cp CONTCAR POSCAR-final

普通表面与气相采用不超过0.02 eV/Å的受力要求；OOH为分辨软振动进一步细化到0.005 eV/Å，最终最大自由原子受力0.004822 eV/Å，O–O约1.42070 Å、O–H约0.98751 Å。只看电子SCF结束或NSW跑满，不能代替结构优化完成。下一步必须把你自己得到的CONTCAR传给静态和振动任务。

需要根据你的体系选择资源？联系讨论计算需求。实际可用软件与权限，以当前账户和运行环境为准。