The authors present a systematic approach to the derivation of empirical potential parameters for binary oxides; they also consider their modification for use in mixed oxide systems. Shell-model potentials are used but, unlike the case of the alkali halides within which polarisability and short-range interaction parameters can be transferred, modifications must be introduced when transferring potential parameters between different oxides. The anion polarisability varies with structure and with the nature of the host cation, and changes in cation coordination are reflected in the short-range repulsive cation-anion interaction. Parameters are derived for a range of oxides, and trends in these parameters are discussed. They discuss successful applications of the potentials to the calculation of perfect lattice properties. Equal success is enjoyed when defect and surface properties are considered; in particular the models correctly predict the activation energies for dopant diffusion in NiO, and to a large extent model the surface rumpling of MgO.

We describe the work of the European project QUASI (Quantum Simulation in Industry, project EP25047) which has sought to develop a flexible QM/MM scheme and to apply it to a range of industrial problems. A number of QM/MM approaches were implemented within the computational chemistry scripting system, ChemShell, which provides the framework for deploying a variety of independent program packages. This software was applied in several large-scale QM/MM studies which addressed the catalytic decomposition of N2O by Cu-containing zeolites, the methanol synthesis reaction catalysed by Cu clusters supported on ZnO surfaces, and the modelling of enzyme structure and reactivity.

Interatomic potentials, which include bond-bending terms, allow us to model accurately the properties of α-quartz and the structures of other polymorphs of SiO2.

Computer simulation techniques are used to model the surfaces of ceria, paying special attention to the effects of surface structures and energetics on catalytic activity. Three surfaces of CeO2 have been investigated for both their structure and relative stability. The results show that the three low energy surfaces are the (111), (110) and (310) with the first of these three being the most stable. These surfaces will dominate the morphology of the material. Defects including oxygen vacancies and reduced cerium ions are found to be more stable at the surfaces than in the bulk of the crystal. Finally, we show that the ready formation of oxygen vacancies on the (110) and (310) surfaces of CeO2 significantly promotes the oxidation of carbon monoxide.

Computer simulation techniques have been applied to perovskite-structured LaBO3 (where B = Cr, Mn, Fe, Co) in order to elucidate the mechanistic features and energetics of oxygen ion migration. For the four compounds considered, a common set of interatomic potentials was derived that correctly reproduces their observed cubic structures. The results support models in which diffusion is mediated by oxygen ion vacancies. Analysis of the potential energy surface demonstrates that vacancy migration takes place along the union octahedron edge, although not in a linear fashion but via a curved path. The calculated migration energies vary from 0.5 to 0.9 eV and are in accord with the available experimental values. We consider the relationship between the cation size and the migration energy, which was investigated by modifying the interatomic potential function to relate ionic radii directly to the short-range repulsive term. We also examine the energies of solution for alkaline-earth dopants on the La site with oxygen vacancy compensation. Ion size effects are found to be important, with Sr calculated to have the highest solubility. Finally, we investigate the formation of dopant-vacancy pair clusters.

Gold-on-carbon catalysts are analogs of homogeneous gold catalysts that use a redox couple of Au(I) and Au(III) species.

We present the results of our computer-simulation study on the ${\mathrm{Fe}}^{3+}$ incorporation in ${\mathrm{KTaO}}_{3}$. We find that ${\mathrm{Fe}}^{3+}$ ions enter the crystal lattice by means of a self-compensation-type reaction, i.e., by creation of ${\mathrm{Fe}}_{\mathrm{K}}^{3+}$ and ${\mathrm{Fe}}_{\mathrm{Ta}}^{3+}$ substitutional defects. Moreover, an energetically feasible model reaction is suggested for the occurrence of both axial defect centers ${\mathrm{Fe}}_{\mathrm{Ta}}^{3+}$-${\mathrm{V}}_{\mathrm{O}}$ and ${\mathrm{Fe}}_{\mathrm{K}}^{3+\mathrm{\ensuremath{-}}}$${\mathrm{O}}_{\mathrm{I}}$. Finally, a superposition-model analysis, based on a Lennard-Jones-type radial b${\mathrm{\ifmmode\bar\else\textasciimacron\fi{}}}_{2}$ function, shows that the ground-state axial zero-field splitting parameter of D=4.46 ${\mathrm{cm}}^{\mathrm{\ensuremath{-}}1}$, found experimentally, should be explained by ${\mathrm{Fe}}_{\mathrm{K}}^{3+\mathrm{\ensuremath{-}}}$${\mathrm{O}}_{\mathrm{I}}$. This result, supported by shell-model calculations, contradicts a prior superposition-model analysis.