Adsorption geometry and stability of organic molecules on surfaces are key parameters that determine the observable properties and functions of hybrid inorganic/organic systems (HIOSs). Despite many recent advances in precise experimental characterization and improvements in first-principles electronic structure methods, reliable databases of structures and energetics for large adsorbed molecules are largely amiss. In this review, we present such a database for a range of molecules adsorbed on metal single-crystal surfaces. The systems we analyze include noble-gas atoms, conjugated aromatic molecules, carbon nanostructures, and heteroaromatic compounds adsorbed on five different metal surfaces. The overall objective is to establish a diverse benchmark dataset that enables an assessment of current and future electronic structure methods, and motivates further experimental studies that provide ever more reliable data. Specifically, the benchmark structures and energetics from experiment are here compared with the recently developed van der Waals (vdW) inclusive density-functional theory (DFT) method, DFT+vdW$^{\mathrm{surf}}$. In comparison to 23 adsorption heights and 17 adsorption energies from experiment we find a mean average deviation of 0.06 A and 0.16 eV, respectively. This confirms the DFT+vdW$^{\mathrm{surf}}$ method as an accurate and efficient approach to treat HIOSs. A detailed discussion identifies remaining challenges to be addressed in future development of electronic structure methods, for which the here presented benchmark database may serve as an important reference.

中文翻译：

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金属表面分子的吸附结构和能量学：桥接实验和理论

有机分子在表面上的吸附几何形状和稳定性是决定混合无机/有机系统 (HIOS) 可观察性质和功能的关键参数。尽管最近在精确实验表征和第一性原理电子结构方法方面取得了许多进展，但大吸附分子的结构和能量学的可靠数据库在很大程度上是错误的。在这篇综述中，我们为吸附在金属单晶表面上的一系列分子提供了这样一个数据库。我们分析的系统包括惰性气体原子、共轭芳族分子、碳纳米结构和吸附在五种不同金属表面上的杂芳族化合物。总体目标是建立一个多样化的基准数据集，以评估当前和未来的电子结构方法，并激发进一步的实验研究，以提供更可靠的数据。具体而言，这里将实验中的基准结构和能量学与最近开发的范德华 (vdW) 包容性密度泛函理论 (DFT) 方法 DFT+vdW$^{\mathrm{surf}}$ 进行比较。与实验中的 23 个吸附高度和 17 个吸附能相比，我们发现平均偏差分别为 0.06 A 和 0.16 eV。这证实了 DFT+vdW$^{\mathrm{surf}}$ 方法是治疗 HIOS 的一种准确有效的方法。详细的讨论确定了在电子结构方法的未来发展中需要解决的剩余挑战，此处提供的基准数据库可作为重要参考。实验中的基准结构和能量学与最近开发的范德华 (vdW) 包容性密度泛函理论 (DFT) 方法 DFT+vdW$^{\mathrm{surf}}$ 进行了比较。与来自实验的 23 个吸附高度和 17 个吸附能量相比，我们发现平均偏差分别为 0.06 A 和 0.16 eV。这证实了 DFT+vdW$^{\mathrm{surf}}$ 方法是治疗 HIOS 的一种准确有效的方法。详细的讨论确定了在电子结构方法的未来发展中需要解决的剩余挑战，此处提供的基准数据库可作为重要参考。实验中的基准结构和能量学与最近开发的范德华 (vdW) 包容性密度泛函理论 (DFT) 方法 DFT+vdW$^{\mathrm{surf}}$ 进行了比较。与来自实验的 23 个吸附高度和 17 个吸附能量相比，我们发现平均偏差分别为 0.06 A 和 0.16 eV。这证实了 DFT+vdW$^{\mathrm{surf}}$ 方法是治疗 HIOS 的一种准确有效的方法。详细的讨论确定了在电子结构方法的未来发展中需要解决的剩余挑战，此处提供的基准数据库可作为重要参考。与来自实验的 23 个吸附高度和 17 个吸附能量相比，我们发现平均偏差分别为 0.06 A 和 0.16 eV。这证实了 DFT+vdW$^{\mathrm{surf}}$ 方法是治疗 HIOS 的一种准确有效的方法。详细的讨论确定了在电子结构方法的未来发展中需要解决的剩余挑战，此处提供的基准数据库可作为重要参考。与来自实验的 23 个吸附高度和 17 个吸附能量相比，我们发现平均偏差分别为 0.06 A 和 0.16 eV。这证实了 DFT+vdW$^{\mathrm{surf}}$ 方法是治疗 HIOS 的一种准确有效的方法。详细的讨论确定了在电子结构方法的未来发展中需要解决的剩余挑战，此处提供的基准数据库可作为重要参考。