A combined density functional (DFT) and incremental post-Hartree-Fock (post-HF) approach, proven earlier to calculate He-surface potential energy surfaces [de Lara-Castells et al., J. Chem. Phys. 141, 151102 (2014)], is applied to describe the van der Waals dominated Ag2/graphene interaction. It extends the dispersionless density functional theory developed by Pernal et al. [Phys. Rev. Lett. 103, 263201 (2009)] by including periodic boundary conditions while the dispersion is parametrized via the method of increments [H. Stoll, J. Chem. Phys. 97, 8449 (1992)]. Starting with the elementary cluster unit of the target surface (benzene), continuing through the realistic cluster model (coronene), and ending with the periodic model of the extended system, modern ab initio methodologies for intermolecular interactions as well as state-of-the-art van der Waals-corrected density functional-based approaches are put together both to assess the accuracy of the composite scheme and to better characterize the Ag2/graphene interaction. The present work illustrates how the combination of DFT and post-HF perspectives may be efficient to design simple and reliable ab initio-based schemes in extended systems for surface science applications.

1.
M. L.
Brongersma
and
V. M.
Shalaev
,
Science
328
,
440
(
2010
).
2.
Y.
Sun
,
L.
Jiang
,
L.
Zhong
,
Y.
Jiang
, and
X.
Chen
,
Nano Res.
8
,
406
(
2014
).
3.
M. C.
Mathpal
,
P.
Kumar
,
S.
Kumar
,
A. K.
Tripathi
,
M. K.
Singh
,
J.
Prakash
, and
A.
Agarwal
,
RSC Adv.
5
,
12555
(
2015
).
4.
I.
Tokarev
and
S.
Minko
,
Soft Matter
8
,
5980
(
2012
).
5.
V.
Mozhayskiy
,
M. N.
Slipchenko
,
V. K.
Adamchuk
, and
A. F.
Vilesov
,
J. Chem. Phys.
127
,
094701
(
2007
).
6.
E.
Loginov
,
L. F.
Gómez
, and
A. F.
Vilesov
,
J. Phys. Chem. A
115
,
7199
(
2011
).
7.
L. F.
Gómez
,
E.
Loginov
, and
A. F.
Vilesov
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
155302
(
2012
).
8.
A.
Volk
,
P.
Thaler
,
M.
Koch
,
E.
Fisslthaler
,
W.
Grogger
, and
W. E.
Ernst
,
J. Chem. Phys.
138
,
214312
(
2013
).
9.
P.
Thaler
,
A.
Volk
,
F.
Lackner
,
J.
Steurer
,
D.
Knez
,
W.
Grogger
,
F.
Hofer
, and
W. E.
Ernst
,
Phys. Rev. B
90
,
155442
(
2014
).
10.
S.
Yang
,
A. M.
Ellis
,
D.
Spence
,
C.
Feng
,
A.
Boatwright
,
E.
Latimer
, and
C.
Binns
,
Nanoscale
5
,
11545
(
2013
).
11.
D.
Spence
,
E.
Latimer
,
C.
Feng
,
A.
Boatwright
,
A.
Ellis
, and
S.
Yang
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
,
6903
(
2014
).
12.
S. B.
Emery
,
K. B.
Rider
,
B. K.
Little
,
A. M.
Schrand
, and
C. M.
Lindsay
,
J. Chem. Phys.
139
,
044307
(
2013
).
13.
S. B.
Emery
,
K. B.
Rider
, and
C. M.
Lindsay
,
Propellants, Explos., Pyrotech.
39
,
161
(
2014
).
15.
G. R. S.
Iyer
,
J.
Wang
,
G.
Wells
,
S.
Guruvenket
,
S.
Payne
,
M.
Bradley
, and
F.
Borondics
,
ACS Nano
8
,
6353
(
2014
).
16.
R. K.
Biroju
and
P.
K Giri
,
J. Phys. Chem. C
118
,
13833
(
2014
).
17.
M. P.
de Lara-Castells
,
N. F.
Aguirre
,
H.
Stoll
,
A. O.
Mitrushchenkov
,
D.
Mateo
, and
M.
Pi
,
J. Chem. Phys.
142
,
131101
(
2015
).
18.
M. P.
de Lara-Castells
,
H.
Stoll
,
B.
Civalleri
,
M.
Causà
,
E.
Voloshina
,
A. O.
Mitrushchenkov
, and
M.
Pi
,
J. Chem. Phys.
141
,
151102
(
2014
).
19.
J. P.
Jalkanen
,
M.
Halonen
,
D.
Fernández-Torre
,
K.
Laasonen
, and
L.
Halonen
,
J. Phys. Chem. A
111
,
12317
(
2007
).
20.
M.
Amft
,
S.
Lebègue
,
O.
Eriksson
, and
N. V.
Skorodumova
,
J. Phys.: Condens. Matter
23
,
395001
(
2011
).
21.
J.
Granatier
,
P.
Lazar
,
M.
Otyeka
, and
P.
Hobza
,
J. Chem. Theory Comput.
7
,
3743
(
2011
).
22.
J.
Granatier
,
P. L. R.
Prucek
,
K.
Šafařová
,
R.
Zbořil
,
M.
Otyeka
, and
P.
Hobza
,
J. Phys. Chem. C
116
,
14151
(
2012
).
23.
P.
Lazar
,
S.
Zhang
,
K.
Šafářova
,
Q.
Li
,
J. P.
Froning
,
J.
Granatier
,
P.
Hobza
,
R.
Zbořil
,
F.
Besenbacher
,
M.
Dong
, and
M.
Otyepka
,
ACS Nano
7
,
1646
(
2013
).
24.
T. B.
Adler
,
G.
Knizia
, and
H.-J.
Werner
,
J. Chem. Phys.
127
,
221106
(
2007
).
25.
G.
Knizia
,
T. B.
Adler
, and
H.-J.
Werner
,
J. Chem. Phys.
130
,
054104
(
2009
).
26.
B.
Jeziorski
,
R.
Moszynski
, and
K.
Szalewicz
,
Chem. Rev.
94
,
1887
(
1994
).
27.
K.
Szalewicz
,
Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci.
2
,
254
(
2012
).
28.
T. M.
Parker
,
L. A.
Burns
,
R. M.
Parrish
,
A. G.
Ryno
, and
C. D.
Sherrill
,
J. Chem. Phys.
140
,
094106
(
2014
).
29.
A. J.
Misquitta
,
B.
Jeziorski
, and
K.
Szalewicz
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
033201
(
2003
).
30.
A.
Heßelmann
and
G.
Jansen
,
Chem. Phys. Lett.
367
,
778
(
2003
).
31.
G. R.
Jenness
and
K. D.
Jordan
,
J. Phys. Chem. C
113
,
10242
(
2009
).
32.
O.
Karalti
,
D.
Alfé
,
M. J.
Gillan
, and
K. D.
Jordan
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
14
,
7846
(
2012
).
33.
M. P.
de Lara-Castells
,
H.
Stoll
, and
A. O.
Mitrushchenkov
,
J. Phys. Chem. A
118
,
6367
(
2014
).
34.
A.
Heßelmann
,
J. Chem. Phys.
128
,
144112
(
2008
).
35.
M.
Pitonák
and
A.
Heßelmann
,
J. Chem. Theory Comput.
6
,
168
(
2010
).
36.
R.
Dovesi
,
R.
Orlando
,
A.
Erba
,
C. M.
Zicovich-Wilson
,
B.
Civalleri
,
S.
Casassa
,
L.
Maschio
,
M.
Ferrabone
,
M.
De La Pierre
,
P.
D’Arco
,
Y.
Noël
,
M.
Causà
,
M.
Rérat
, and
B.
Kirtman
,
Int. J. Quantum Chem.
114
,
1287
(
2014
).
37.
R.
Dovesi
,
V. R.
Saunderds
,
C.
Roetti
,
R.
Orlando
,
C. M.
Zicovich-Wilson
,
F.
Pascale
,
B.
Civalleri
,
K.
Doll
,
N. M.
Harrison
,
I. J.
Bush
,
P.
D’Arco
,
M.
Llunel
,
M.
Causà
, and
Y.
Noël
, CRYSTAL14 User’s Manual, Universitá Torino, Torino, (2014), http://www.crystal.unito.it.
38.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Phys. Rev. B
54
,
11169
(
1996
).
39.
S.
Grimme
,
J. Comput. Chem.
27
,
1787
(
2006
).
40.
A.
Tkatchenko
and
M.
Scheffler
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
073005
(
2009
).
41.
P. L.
Silvestrelli
and
A.
Ambrosetti
,
J. Chem. Phys.
140
,
124107
(
2014
).
42.
M.
Dion
,
H.
Rydberg
,
E.
Schröder
,
D. C.
Langreth
, and
B. I.
Lundqvist
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
246401
(
2004
).
43.
S. N.
Steinmann
and
C.
Corminboeuf
,
J. Chem. Theory Comput.
7
,
3567
(
2011
).
44.
V.
Hänninen
,
M.
Korpinen
,
Q.
Ren
,
R.
Hinde
, and
L.
Halonen
,
J. Phys. Chem. A
115
,
2332
(
2011
).
45.
R.
Hatz
,
V.
Hänninen
, and
L.
Halonen
,
J. Phys. Chem. A
118
,
5734
(
2014
).
46.
R.
Hatz
,
V.
Hänninen
, and
L.
Halonen
,
J. Phys. Chem. A
118
,
12274
(
2014
).
47.
J. P.
Prates Ramalho
,
J. R. B.
Gomes
, and
F.
Illas
,
RSC Adv.
3
,
13085
(
2013
).
48.
K.
Pernal
,
R.
Podeszwa
,
K.
Patkowski
, and
K.
Szalewicz
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
263201
(
2009
).
49.
H.-J.
Werner
,
P. J.
Knowles
,
G.
Knizia
,
F. R.
Manby
,
M.
Schütz
 et al, molpro, version 2012.1, a package of ab initioprograms, 2012, see http://www.molpro.net.
50.
Y.
Zhao
,
N. E.
Schultz
, and
D. G.
Truhlar
,
J. Chem. Theory Comput.
2
,
364
(
2006
).
51.
C.
Pisani
,
M.
Schütz
,
S.
Casassa
,
D.
Usvyat
,
L.
Maschio
,
M.
Lorenz
, and
A.
Erba
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
14
,
7615
(
2012
).
52.
R.
Martinez-Casado
,
D.
Usvyat
,
G.
Mallia
,
L.
Maschio
,
S.
Casassa
,
J.
Ellis
,
M.
Schütz
, and
N. M.
Harrison
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
,
21106
(
2014
).
53.
M.
Marsman
,
A.
Grüneis
,
J.
Paier
, and
G.
Kresse
,
J. Chem. Phys.
130
,
184103
(
2009
).
54.
A.
Grüneis
,
G.
Booth
,
M.
Marsman
,
J.
Spencer
,
A.
Alavi
, and
G.
Kresse
,
J. Chem. Theory Comput.
7
,
2780
(
2011
).
55.
G. H.
Booth
,
A.
Grüneis
,
G.
Kreese
, and
A.
Alavi
,
Nature
493
,
365
(
2013
).
56.
R. J.
Needs
,
M. D.
Towler
,
N. D.
Drummond
, and
P.
López Ríos
,
J. Phys.: Condens. Matter
22
,
023201
(
2010
).
57.
M.
Dubecký
,
R.
Derian
,
P.
Jurečka
,
L.
Mitas
,
P.
Hobza
, and
M.
Otyepka
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
,
20915
(
2014
).
58.
M.
Dubecký
,
P.
Jurečka
,
R.
Derian
,
P.
Hobza
,
M.
Otyepka
, and
L.
Mitas
,
J. Chem. Theory Comput.
9
,
4287
(
2013
).
59.
J.
Ma
,
A.
Michaelides
, and
D.
Alfé
,
J. Chem. Phys.
134
,
134701
(
2011
).
60.
G.
Booth
,
H.
Thom
, and
A.
Alavi
,
J. Chem. Phys.
131
,
054106
(
2009
).
61.
H.
Stoll
,
J. Chem. Phys.
97
,
8449
(
1992
).
62.
63.
K.
Rościszewski
,
K.
Doll
,
B.
Paulus
,
P.
Fulde
, and
H.
Stoll
,
Phys. Rev. B
57
,
14667
(
1998
).
64.
J.
Friedrich
and
K.
Walczak
,
J. Chem. Theory Comput.
9
,
408
(
2013
).
65.
C.
Müller
and
B.
Paulus
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
14
,
7605
(
2012
).
66.
C.
Müller
,
B.
Herschend
,
K.
Hermansson
, and
B.
Paulus
,
J. Chem. Phys.
128
,
214701
(
2008
).
67.
L.
Hammerschmidt
,
L.
Maschio
,
C.
Müller
, and
B.
Paulus
,
J. Chem. Theory Comput.
11
,
252
(
2015
).
68.
V.
Staemmler
,
J. Phys. Chem. A
115
,
7153
(
2011
).
69.
E.
Voloshina
,
Phys. Rev. B
85
,
045444
(
2012
).
70.
E.
Voloshina
,
D.
Usvyat
,
M.
Schütz
,
Y.
Dedkov
, and
B.
Paulus
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
12041
(
2011
).
71.
U.
Birkenheuer
,
P.
Fulde
, and
H.
Stoll
,
Theor. Chem. Acc.
116
,
398
(
2006
).
72.
C.
Roetti
,
R.
Dovesi
,
M.
von Armin
,
W.
Alsheimer
, and
U.
Birkenheuer
, The CRYSTAL-MOLPRO Interface, Max-Planck Institut für Physik komplexer Systeme, Dresden, Germany, 2002.
73.
L.
Hozoi
,
U.
Birkenheuer
,
P.
Fulde
,
A.
Mitrushchenkov
, and
H.
Stoll
,
Phys. Rev. B
76
,
085109
(
2007
).
74.
L.
Hozoi
,
U.
Birkenheuer
,
H.
Stoll
, and
P.
Fulde
,
New J. Phys.
11
,
023023
(
2009
).
75.
A.
Stoyanova
,
L.
Hozoi
,
P.
Fulde
, and
H.
Stoll
,
Phys. Rev. B
83
,
205119
(
2011
).
76.
M. P.
de Lara-Castells
,
N. F.
Aguirre
, and
A. O.
Mitrushchenkov
,
Chem. Phys.
399
,
272
(
2012
).
77.
M. P.
de Lara-Castells
and
A. O.
Mitrushchenkov
,
J. Phys. Chem. C
115
,
17540
(
2011
).
78.
E.
Voloshina
,
N.
Gaston
, and
B.
Paulus
,
J. Chem. Phys.
126
,
134115
(
2007
).
79.
T. A.
Wesolowski
,
ChemPhysChem
15
,
3291
(
2014
).
80.
F.
Libisch
,
C.
Huang
, and
E. A.
Carter
,
Acc. Chem. Res.
47
,
2768
(
2014
).
81.
P.
Fulde
,
Electron Correlations in Molecules and Solids
(
Springer-Verlang
,
Berlin
,
1995
).
82.
R.
Podeszwa
and
K.
Szalewicz
,
J. Chem. Phys.
136
,
161102
(
2012
).
83.
R.
Podeszwa
,
K.
Pernal
,
K.
Patkowski
, and
K.
Szalewicz
,
J. Phys. Chem. Lett.
1
,
550
(
2010
).
84.
S. F.
Boys
and
F.
Bernardi
,
Mol. Phys.
19
,
553
(
1970
).
85.
K. T.
Tang
and
J. P.
Toennies
,
J. Chem. Phys.
80
,
3726
(
1984
).
86.
M.
Bartolomei
,
E.
Carmona-Novillo
,
M. I.
Hernández
,
J.
Campos-Martínez
, and
F.
Pirani
,
J. Phys. Chem. C
117
,
10512
(
2013
).
87.
J. C.
Ruiz
,
G.
Scoles
, and
H.
Jonsson
,
Chem. Phys. Lett.
129
,
139
(
1986
).
88.
A.
Heßelmann
,
G.
Jansen
, and
M.
Schütz
,
J. Chem. Phys.
122
,
014103
(
2005
).
89.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
90.
S.
Grimme
,
J.
Antony
,
S.
Ehrlich
, and
H.
Krieg
,
J. Chem. Phys.
132
,
154104
(
2010
).
91.
Y. K.
Zhang
and
W. T.
Yang
,
Phys. Rev. Lett.
80
,
890
(
1998
).
92.
K.
Lee
,
E.
Eamonn
,
L.
Kong
,
B. I.
Lundqvist
, and
D. C.
Langreth
,
Phys. Rev. B
82
,
081101(R)
(
2010
).
93.
É. D.
Murray
,
K.
Lee
, and
D. C.
Langreth
,
J. Chem. Theory Comput.
5
,
2754
(
2009
).
94.
K.
Berland
,
C. A.
Arter
,
V. R.
Cooper
,
K.
Lee
,
B. I.
Lundqvist
,
E.
Schröder
,
T.
Thonhauser
, and
P.
Hyldgaard
,
J. Chem. Phys.
140
,
18A539
(
2014
).
95.
B.
Simard
,
P. A.
Hackett
,
A. M.
James
, and
P. R. R.
Langridge-Smith
,
Chem. Phys. Lett.
186
,
415
(
1991
).
96.
D. E.
Woon
and
T. H.
Dunning
, Jr.
,
J. Chem. Phys.
100
,
2975
(
1994
).
97.
K. A.
Peterson
and
C.
Puzzarini
,
Theor. Chem. Acc.
114
,
283
(
2005
).
98.
K. A.
Peterson
,
D.
Figgen
,
E.
Goll
,
H.
Stoll
, and
M.
Dolg
,
J. Chem. Phys.
119
,
11113
(
2003
).
99.
D.
Figgen
,
G.
Rauhut
,
M.
Dolg
, and
H.
Stoll
,
Chem. Phys.
311
,
227
(
2005
).
100.
M.
Douglas
and
N. M.
Kroll
,
Ann. Phys.
82
,
89
(
1974
).
101.
102.
G.
Jansen
and
B.
Hess
,
Phys. Rev. A
39
,
6016
(
1989
).
103.
W. A.
de Jong
,
R. J.
Harrison
, and
D. A.
Dixon
,
J. Chem. Phys.
114
,
48
(
2001
).
104.
T.
Helgaker
,
W.
Klopper
,
H.
Koch
, and
J.
Noga
,
J. Chem. Phys.
106
,
9639
(
1997
).
105.
F.
Weigend
,
A.
Köhn
, and
C.
Hättig
,
J. Chem. Phys.
116
,
3175
(
2002
).
106.
F.
Weigend
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
4
,
4285
(
2002
).
107.
E. F.
Valeev
,
Chem. Phys. Lett.
395
,
190
(
2004
).
108.
K. E.
Yousaf
and
K. A.
Peterson
,
J. Chem. Phys.
129
,
184108
(
2008
).
109.
K. E.
Yousaf
and
K. A.
Peterson
,
Chem. Phys. Lett.
476
,
303
(
2009
).
110.
D. H.
Bross
,
J. G.
Hill
,
H.-J.
Werner
, and
K. A.
Peterson
,
J. Chem. Phys.
139
,
094302
(
2013
).
111.
M.
Grüning
,
O. V.
Gritsenko
,
S. V. A.
van Gisbergen
, and
E. J.
Baerends
,
J. Chem. Phys.
114
,
652
(
2001
).
112.
S. G.
Lias
, Ionization Energy Evaluation. NIST Chemistry Web-Book, NIST Standard Reference Database No. 69, online: http//webbok.nist.gov.
113.
F.
Della Sala
and
A.
Görling
,
J. Chem. Phys.
115
,
5718
(
2001
).
114.
F. F.
Wang
,
G.
Jenness
,
W. A.
Al-Saidi
, and
K. D.
Jordan
,
J. Chem. Phys.
132
,
134303
(
2010
).
115.
J. M.
Foster
and
S. F.
Boys
,
Rev. Mod. Phys.
32
,
300
(
1960
).
116.
G.
Kresse
and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B
47
,
558
(
1993
).
117.
D.
Andrae
,
U.
Haüssermann
,
M.
Dolg
,
H.
Stoll
, and
H.
Preuss
,
Theor. Chim. Acta
77
,
123
(
1990
).
118.
K.
Doll
and
N. M.
Harrison
,
Phys. Rev. B
63
,
165410
(
2001
).
119.
H. J.
Monkhorst
and
J. D.
Pack
,
Phys. Rev. B
13
,
5188
(
1976
).
120.
G.
Kresse
and
J.
Hafner
,
J. Phys.: Condens. Matter
6
,
8245
(
1994
).
121.
P.
Su
and
H.
Li
,
J. Chem. Phys.
131
,
014102
(
2009
).
You do not currently have access to this content.