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

К вопросу изучения процессов структурообразования в четырехкомпонентных наночастицах

С.А. Вересов, К.Г. Савина, А.Д. Веселов, С.В. Серов, А.Ю. Колосов, В.С. Мясниченко, Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов

ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.371

Оригинальная статья

Аннотация: Исследованы различные типы конфигураций четырехкомпонентной наносистемы Au-Cu-Pd-Pt, включая сложные структуры ядро-оболочка. В качестве метода моделирования использовался метод Монте-Карло, межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи – потенциалом Гупты. По результатам серий компьютерных экспериментов было установлено, что четырехкомпонентные наночастицы в данной системе не имеют склонности к формированию структуры ядро-оболочка, даже при том, что атомы золота имеют повышенную сегрегацию к поверхности. Определены температуры плавления для исследуемых наносплавов. Полученные значения находятся в диапазоне от 1100 K до 1250 K и слабо зависят от композиции наночастиц (соотношения числа атомов). Обнаружен стехиометрический состав на основе этих металлов, для которого в процессе охлаждения формируется кристаллическая ГЦК структура с включениями ГПУ фазы. Однако отличительных особенностей в характере сегрегации для данного стехиометрического состава не установлено. Все рассмотренные составы в исследуемом температурном диапазоне были стабильны по отношению к распаду.

Ключевые слова: метод Монте-Карло, потенциал сильной связи, четырехкомпонентные наночастицы, структурообразование, температура плавления, стабильность

  • Вересов Сергей Александрович – аспирант 1 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Савина Ксения Геннадьевна – студент магистратуры 2 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Веселов Алексей Димитриевич – аспирант 4 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Серов Сергей Викторович – студент 4 курса кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Колосов Андрей Юрьевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Мясниченко Владимир Сергеевич – научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Сдобняков Николай Юрьевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Соколов Денис Николаевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка на статью:

Вересов, С.А. К вопросу изучения процессов структурообразования в четырехкомпонентных наночастицах / С.А. Вересов, К.Г. Савина, А.Д. Веселов, С.В. Серов, А.Ю. Колосов, В.С. Мясниченко, Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 371-382. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.371.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Yin, H.-J. Shaping well-defined noble-metal-based nanostructures for fabricating high-performance electrocatalysts: advances and perspectives / H.-J. Yin, J.-H. Zhou, Y.-W. Zhang // Inorganic Chemistry Frontiers. – 2019. – V. 6. – I. 10. – P.2582-2618. DOI: 10.1039/C9QI00689C.
2. Liao, T.-W. Composition-tuned Pt-skinned PtNi bimetallic clusters as highly efficient methanol dehydrogenation catalysts / T.-W. Liao, A. Yadav, P. Ferrari // Chemistry Material. – 2019. – V. 31. – I. 24. – P. 10040-10048. DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b02824.
3. Samsonov, V.M. Embedding functions for Pt and Pd: recalculation and verification on properties of bulk phases, Pt, Pd, and Pt–Pd nanoparticles / V.M. Samsonov, A.A. Romanov, A.Yu. Kartoshkin, I.V. Talyzin, V.V. Puytov // Applied Physics A. – 2022. – V. 128. – I. 9. – Art. № 826. – 14 p. DOI: 10.1007/s00339-022-05922-1.
4. Koo, W.-T. The design and science of polyelemental nanoparticles / W.-T. Koo, J.E. Millstone, P.S. Weiss, I.-D. Kim // ACS Nano. – 2020. – V. 14. – I. 6. – P. 6407-6413. DOI: 10.1021/acsnano.0c03993.
5. Yao, Y. Carbothermal shock synthesis of high-entropy-alloy nanoparticles / Y. Yao, Z. Huang, P. Xie et al. // Science. – 2018. – V. 359. – I. 6383. – P. 1489-1494. DOI: 10.1126/science.aan5412.
6. Ma, S.Y. Synthesis of low Pt-based quaternary PtPdRuTe nanotubes with optimized incorporation of Pd for enhanced electrocatalytic activity / S.Y. Ma, H.H. Li, B.C. Hu et al. // Journal of the American Chemical Society. – 2017. – V. 139. – I. 16. – P. 5890-5895. DOI: 10.1021/jacs.7b01482.
7. Mazumder, V. Synthesis and characterization of multimetallic Pd/Au and Pd/Au/FePt core/shell nanoparticles / V. Mazumder, M. Chi, K.L. More, S. Sun // Angewandte Chemie - International Edition. – 2010. – V. 49. – I. 49. – P. 9368-9372. DOI: 10.1002/anie.201003903.
8. Jeon, M.K. Quaternary Pt2Ru1Fe1M1/C (M=Ni, Mo, or W) catalysts for methanol electro-oxidation reaction / M.K. Jeon, K.R. Lee, H.J. Jeon et al. // Korean Journal of Chemical Engineering. – 2015. – V. 32. – I. 2. – P. 206-215. DOI: 10.1007/s11814-014-0186-0.
9. Daw, M.S. Sluggish diffusion in random equimolar FCC alloys / M.S. Daw, M. Chandross // Physical Review Materials. – 2021. – V. 5. – I. 4. – P. 043603-1-043603-17. DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.5.043603.
10. Soltani, N. From quaternary to senary high entropy antimonide nanoparticles by a facile and scalable thermal treatment method / N. Soltani, J.U. Rahman, P.A. Carvalho et al. // Materials Research Bulletin. – 2022. – V. 153. – Art. № 111873. – 11 p. DOI: 10.1016/j.materresbull.2022.111873.
11. Myasnichenko, V. Simulated annealing method for metal nanoparticle structures optimization / V. Myasnichenko, L. Kirilov, R. Mikhov, S. Fidanova, N. Sdobnyakov // In: Advanced Computing in Industrial Mathematics. BGSIAM 2017. Studies in Computational Intelligence; ed. by K. Georgiev, M. Todorov, I. Georgiev. – 2019. – V. 793. – P. 277-289. DOI: 10.1007/978-3-319-97277-0_23.
12. Myasnichenko, V. Monte Carlo approach for modeling and optimization of one-dimensional bimetallic nanostructures / V. Myasnichenko, N. Sdobnyakov, L. Kirilov, R. Mikhov, S. Fidanova // Lecture Notes in Computer Science. Conference paper: International Conference on Numerical Methods and Applications, 20-24 August 2018. Borovets, Bulgaria. – 2019. – V. 11189. – P. 133-141. DOI: 10.1007/978-3-030-10692-8_15.
13. Lu, X.-Z. Structural optimization and segregation behavior of quaternary alloy nanoparticles based on simulated annealing algorithm / X.-Z. Lu, G.-F. Shao, L.-Y. Xu et al. // Chinese Physics B. – 2016. – V. 25. – № 5. – P. 053601-1-053601-8. DOI: 10.1088/1674-1056/25/5/053601.
14. Sdobnyakov, N.Yu. Simulation of phase transformations in titanium nanoalloy at different cooling rates / N.Yu. Sdobnyakov, V.S. Myasnichenko, C.-H. San et al. // Materials Chemistry and Physics. – 2019. – V. 238. – Art. № 121895. – 9 p. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2019.121895.
15. Самсонов, В.М. О факторах стабильности/нестабильности биметаллических наноструктур ядро–оболочка / В.М. Самсонов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов и др. // Известия РАН. Ceрия физическая. – 2021. – Т. 85. – № 9. – C. 1239-1244. DOI: 10.31857/S0367676521090246.
16. Сдобняков, Н.Ю. К проблеме стабильности/нестабильности биметаллических структур Co (ядро)/ Au (оболочка) и Au (ядро)/ Co (оболочка): атомистическое моделирование / Н.Ю. Сдобняков, В.М. Самсонов, А.Ю. Колосов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 520-534. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.520.
17. Samsonov, V.M. Prediction of segregation in binary metal nanoparticles: thermodynamic and atomistic simulations / V.M. Samsonov, I.V. Talyzin, A.Yu. Kartoshkin, M.V. Samsonov // Physics of Metals and Metallography. – 2019. – V. 120. – I. 6. – P. 578-583. DOI: 10.1134/S0031918X19060115.
18. Свидетельство № 2019661915 Российская Федерация. Metropolis / 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.
19. 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.
20. Gupta, R.P. Lattice relaxation at a metal surface / R.P. Gupta // Physical Review B. – 1981. – V. 23. – I. 12. – P. 6265-6270. DOI: 10.1103/PhysRevB.23.6265.
21. Cleri, F. Tight-binding potentials for transition metals and alloys / F. Cleri, V. Rosato // Physical Review B. – 1993. – V. 48. – I. 1. – Р. 22-33. DOI: 10.1103/PhysRevB.48.22.
22. Paz Borbón, L.O. Computational studies of transition metal nanoalloys / L.O. Paz Borbón // Doctoral Thesis accepted by University of Birmingham, United Kingdom. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2011. – 155 p. DOI: 10.1007/978-3-642-18012-5.
23. Bogdanov, S. Molecular dynamics simulation of the formation of bimetallic core-shell nanostructures with binary Ni–Al nanoparticle quenching / S. Bogdanov, V. Samsonov, N. Sdobnyakov et al. // Journal of Materials Science. – 2022. – V. 57. – I. 28. – P. 13467-13480. DOI: 10.1007/s10853-022-07476-2.
24. Мясниченко, В.С. Моделирование процессов структурообразования в биметаллических наносплавах различного состава / В.С. Мясниченко, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2017. – Вып. 9. – С. 323-329. DOI: 10.26456/pcascnn/2017.9.323.
25. Stukowski, A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO – the open visualization tool / A. Stukowski // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. – 2010. – V. 18. – I. 1. – P. 015012-1-015012-7. DOI: 10.1088/0965-0393/18/1/015012.
26. Mendoza-Pérez, R. Bimetallic Pt–Pd nano-catalyst: size, shape and composition matter / R. Mendoza-Pérez, G. Guisbiers // Nanotechnology. – 2019. – V. 30. – № 30. – Art. № 305702. – 31 p. DOI: 10.1088/1361-6528/ab1759.
27. Колосов, А.Ю. Закономерности структурных превращений в биметаллических наночастицах Pd-Pt / А.Ю. Колосов, В.С. Мясниченко, Е.С. Митинев, А.А. Тактаров, А.Н. Базулев, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 419-434. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.419.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒