Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году


Исследование внутренней нанопористой структуры и внешней поверхности биметаллических наночастиц

Н.Ю. Сдобняков, В.С. Мясниченко, К.Г. Савина, А.Ю. Колосов, А.Д. Веселов, А.Н. Базулев, Р.Е. Григорьев, Д.Н. Соколов

ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.504

Оригинальная статья

Аннотация: На примере двух биметаллических наночастиц Cu - Pt и Au - Ag исследуется внутренняя структура и внешняя поверхность в процессе избирательной коррозии. Рассматриваются эквиатомные составы с общим числом атомов Ntot = 3000. В процессе избирательной коррозии удалялась половина атомов меди и серебра соответственно. В качестве метода моделирования используется метод Монте-Карло, в рамках схемы Метрополиса. Межатомное взаимодействие описывается потенциалом сильной связи. Как и следовало ожидать, избирательная коррозия приводит к тому, что поверхностный слой частицы обогащается атомами одного из компонентов. Однако сердцевина частицы сохраняет структуру бинарного наносплава. Нами также установлено, что в результате избирательной коррозии формируется дефектная структура наночастицы. Соответственно, мы предполагаем, что именно эти дефекты (преимущественно вакансии) приводят к пористой структуре более крупных бинарных наночастиц, наблюдаемых в экспериментах по их избирательной коррозии. Изменение величины удельной поверхности на единицу объема либо веса влияет на адсорбционные и каталитические свойства, а также коррозионную стойкость биметаллических наночастиц.

Ключевые слова: избирательная коррозия, бинарные металлические наночастицы, метод Монте-Карло, дефекты, пористость, наносплавы

  • Сдобняков Николай Юрьевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Мясниченко Владимир Сергеевич – научный сотрудник кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Савина Ксения Геннадьевна – студентка 4 курса кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Колосов Андрей Юрьевич – научный сотрудник кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Веселов Алексей Дмитриевич – аспирант кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Базулев Анатолий Николаевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Григорьев Роман Евгеньевич – студент 1 курса магистратуры физико-технического факультета ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Соколов Денис Николаевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник ФГБОУ ВО ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка на статью:

Сдобняков, Н.Ю. Исследование внутренней нанопористой структуры и внешней поверхности биметаллических наночастиц / Н.Ю. Сдобняков, В.С. Мясниченко, К.Г. Савина, А.Ю. Колосов, А.Д. Веселов, А.Н. Базулев, Р.Е. Григорьев, Д.Н. Соколов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — Тверь: Твер. гос. ун-т, 2020. — Вып. 12. — С. 504-515. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.504.

Полный текст: download PDF file

Библиографический список:

1. Xie, X. Large-scale synthesis of palladium concave nanocubes with high-index facets for sustainable enhanced catalytic performance / X. Xie, G. Gao, Z. Pan, et al. // Scientific Reports. – 2015. – V. 5. – Art. № 8515. – 5 p. DOI: 10.1038/srep08515.
2. Li, W. Alloying effect on performances of bimetallic Au–Ag cluster sensitized solar cells / W. Li, F. Chen // Journal of Alloys and Compounds. – 2015. – V. 632. – P. 845-848. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.01.306.
3. Liu, X. Synthesis and catalytic properties of bimetallic nanomaterials with various architectures / X. Lie, D. Wang, Y. Li // Nano Today. – 2012. – V. 7. – I. 5. – P. 448-466. DOI: 10.1016/j.nantod.2012.08.003.
4. Wu, H. Controlled synthesis of porous Au/ Ag bimetallic hollow nanoshells with tunable plasmonic and catalytic properties / H. Wu, P. Wang, H. He, et al. // Nano Research. – 2012. – V. 5. – I. 2. – P. 135-144. DOI: 10.1007/s12274-012-0194-5.
5. Rurainsky, C. Electrochemical dealloying as a tool to tune the porosity, composition and catalytic activity of nanomaterials / C. Rurainsky, A. Garzon Manjon, F. Hiege, et al. // Journal of Materials Chemistry A. – 2020. – V. 8. – I. 37. – P. 19405-19413. DOI: 10.1039/d0ta04880a.
6. Li, X. Dealloying of noble-metal alloy nanoparticles / X. Li, Q. Chen, I. McCue, et al. // Nano Letters. – 2014. – V. 14. – I. 5. – P. 2569-2577. DOI: 10.1021/nl500377g.
7. Malacrida, P. Direct observation of the dealloying process of a platinum-yttrium nanoparticle fuel cell cathode and its oxygenated species during the oxygen reduction reaction / P. Malacrida, H.G.S. Casalongue, F. Masini, et al. // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2015. – V. 17. – I. 42. – P. 28121-28128. DOI: 10.1039/C5CP00283D.
8. El Mel, A.-A. Unusual dealloying effect in gold/copper alloy thin films: the role of defects and column boundaries in the formation of nanoporous gold / A.-A. El Mel, F. BoukliHacene, L. Molina-Luna, et al. // ACS Applied Materials & Interfaces. – 2015. – V. 7. – I. 4. – P. 2310-2321. DOI: 10.1021/am5065816.
9. Guisbiers, G. Influence of nanomorphology on the melting and catalytic properties of convex polyhedral nanoparticles / G. Guisbiers, G. Abudukelimu // Journal of Nanoparticle Research. – 2013. – V. 15. – I. 2. – Art. № 1431. – 12 p. DOI: 10.1007/s11051-013-1431-x.
10. Erlebacher, J. Geometric characterization of nanoporous metals / J. Erlebacher, I. McCue // Acta Materialia. – 2012. – V. 60. – I. 17. – P. 6164-6174. DOI: 10.1016/j.actamat.2012.07.059.
11. Chepkasov, I.V. Stability and electronic properties of PtPd nanoparticles via MD and DFT calculations / I.V. Chepkasov, M.A. Visotin, E.A. Kovaleva, et al. // The Journal of Physical Chemistry C. – 2018. – V. 122. – I. 31. – P. 18070-18076. DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b04177.
12. Rossi, K. Thermodynamics of СuPt nanoalloys / K. Rossi, L. Bartok-Pártay, G. Csányi, F. Baletto // Scientific Reports. – 2018. – V. 8. – Art. № 9150. – 9 p. DOI: 10.1038/s41598- 018-27308-1.
13. Myasnichenko, V. Structural instability of gold and bimetallic nanowires using Monte Carlo simulation / V. Myasnichenko, N. Sdobnyakov, L. Kirilov, R. Mikhov, S. Fidanova // Recent Advances in Computational Optimization. In series: Studies in Computational Intelligence; ed. by S. Fidanova. – Cham: Springer, 2020. – V. 838. – P. 133-145.
14. Cleri, F. Tight-binding potentials for transition metals and alloys / F. Cleri, V. Rosato // Physical Review B. − 1993. − V. 48. – I. 1. − P. 22-33. DOI: 10.1103/PhysRevB.48.22.
15. Metropolis, N. The Monte Carlo method / N. Metropolis, S. Ulam // Journal of the American Statistical Association. – 1949. – V. 44. – I. 247. – P. 335-341. DOI: 10.1080/01621459.1949.10483310.
16. Свидетельство № 2019661915 Российская Федерация. Metropolis: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, П.М. Ершов, С.С. Богданов; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тверской государственный университет». – № 2019660847; заявл. 30.08.2019; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 11.09.2019. – 1 с.
17. Мясниченко, В.С. Компьютерные модели процесса избирательной коррозии бинарных металлических наночастиц / В.С. Мясниченко, В.М. Самсонов, Н.Ю. Сдобняков и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 487-499. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.487.
18. Сдобняков, Н.Ю. Компьютерное моделирование избирательной коррозии поверхности наночастиц Cu–Pt / Н.Ю. Сдобняков, В.М. Самсонов, В.С. Мясниченко и др. // X Международная научная конференция «Химическая термодинамика и кинетика». Великий Новгород: Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого. – 2020. – С. 195-197.
19. Sdobnyakov, N.Yu. Computer simulation of dealloying in Cu–Pt nanoparticles / N.Yu. Sdobnyakov, V.M. Samsonov, A.Yu. Kolosov, et al. // Journal of Physics: Conference Series. – 2020. – V. 1658. – Art. № 012048. – 6 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1658/1/012048.
20. Сдобняков, Н.Ю. Применение метода сканирующей туннельной микроскопии для исследования рельефа различной размерности золота на слюде / Н.Ю. Сдобняков, Т.Ю Зыков, А.Н. Базулев, А.С. Антонов // Вестник ТвГУ, серия «Физика». – 2009. – №41. – Вып. 6 – С. 112-119.
21. Сдобняков, Н.Ю. О взаимосвязи размерных зависимостей температур плавления и кристаллизации наночастиц металлов / Н.Ю. Сдобняков, С.В. Репчак, В.М. Самсонов и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2011. – № 5. – С. 109-112.
22. Сдобняков, Н.Ю. Исследование гистерезиса плавления и кристаллизации нанокластеров золота с использованием многочастичного потенциала Гупта / Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов, В.М. Самсонов, П.В. Комаров. // Металлы. – 2012. – № 2. – С. 48-54.
23. Ruffato, G. Nanoporous gold plasmonic structures for sensing applications / G. Ruffato, F. Romanato, D. Garoli, S. Cattarin // Optics Express. – 2011. – V. 19. – I. 14. – P. 13164-13170. DOI: 10.1364/OE.19.013164.
24. Garoli, D. Nanoporous gold leaves: preparation, optical characterization and plasmonic behavior in the visible and mid-infrared spectral regions / D. Garoli, G. Ruffato, P. Zilio, et al. // Optical Materials Express. – 2015. – V. 5. – I. 10. – P. 2246-2256. DOI: 10.1364/OME.5.002246.
25. Самсонов, В.М. О поверхностном натяжении малых объектов / В.М. Самсонов, А.Н. Базулев, Н.Ю. Сдобняков // Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. – 2002 – № 10. – С. 267-271.
26. Самсонов, В.М. О размерной зависимости поверхностной энергии и поверхностного натяжения металлических наночастиц / В.М. Самсонов, А.А. Чернышова, Н.Ю. Сдобняков // Известия РАН. Серия Физическая. – 2016. – Т. 80. – № 6. – C. 768-771. DOI: 10.7868/S0367676516060296 .
27. Свидетельство № 2011615692 Российская Федерация. КластерЭволюшн: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ / В.С. Мясниченко; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова». – № 2011613732; заявл. 23.05.2011; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 20.06.2011. – 1 с.