Сценарии структурообразования в тернарных наночастицах на основе Pd-Pt при наличии допанта Ni
Н.И. Непша, Д.Н. Соколов, Е.С. Митинев, А.А. Тактаров, Н.Ю. Сдобняков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.507
Оригинальная статья
Аннотация: В данной работе исследованы сценарии структурообразования в тернарных наночастицах на основе платины и палладия четырех стехиометрических составов различного размера, в качестве допанта выступает никель. Использовались два альтернативных метода: метод молекулярной динамики (реализованный в открытом программном обеспечении LAMMPS) и метод Монте-Карло (в реализации схемы Метрополиса). Кроме того, для описания межатомного взаимодействия использовалось два варианта силовых полей: модифицированный потенциал сильной связи (при реализации методов молекулярной динамики и Монте-Карло) и потенциал погруженного атома (при реализации метода молекулярной динамики). По результатам серий компьютерных экспериментов было установлено, что атомы палладия имеют повышенную сегрегацию к поверхности. При скорости охлаждения 0,1 К/пс формируется упорядоченная кристаллическая ГЦК структура с включениями ГПУ фазы. C увеличением содержания допанта никеля до 20% в тернарной наночастице PdPt-Ni наблюдается усложнение идентифицируемой локальной структуры как по числу фаз, так и с точки зрения структурной сегрегации.
Ключевые слова: метод молекулярной динамики, метод Монте-Карло, потенциал погруженного атома, модифицированный потенциал сильной связи, метод сопоставления полиэдрических шаблонов, биметаллические и тернарные наночастицы, никель, палладий, платина, структурообразование, температура плавления и кристаллизации
- Непша Никита Игоревич – аспирант 3 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Соколов Денис Николаевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Митинев Егор Сергеевич – студент 2 курса магистратуры кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Тактаров Антон Алексеевич – студент 2 курса магистратуры кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Сдобняков Николай Юрьевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
Ссылка на статью:
Непша, Н.И. Сценарии структурообразования в тернарных наночастицах на основе Pd-Pt при наличии допанта Ni / Н.И. Непша, Д.Н. Соколов, Е.С. Митинев, А.А. Тактаров, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 507-519. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.507.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Ершов, П.М. Исследование размерных зависимостей температур плавления и кристаллизации и удельной избыточной поверхностной энергии наночастиц никеля вблизи фазового перехода плавление/кристаллизация / П.М. Ершов, А.Ю. Колосов, В.С. Мясниченко и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2018. – Вып. 10. – С. 242-251. DOI: 10.26456/pcascnn/2018.10.242.
2. Васильев, С.А. Изучение размерных зависимостей теплот плавления и кристаллизации нанокластеров платины и палладия методом молекулярной динамики / C.А. Васильев, А.А. Романов, Н.В. Востров и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 436-442. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.436.
3. Leteba, G. High-index core–shell Ni–Pt nanoparticles as oxygen reduction electrocatalysts / G. Leteba, D. Mitchell, P. Levecque et al. // ACS Applied Nano Materials. – 2020. – V. 3. – I. 6. – P. 5718-5731. DOI: 10.1021/acsanm.0c00915.
4. Wang, Q. Hollow-structure Pt-Ni nanoparticle electrocatalysts for oxygen reduction reaction / Q. Wang, B. Mi, J. Zhou et al. // Molecules. – 2022. – V. 27. – I. 8. – Art. № 2524. – 11 p. DOI: 10.3390/molecules27082524.
5. Zhang, S. Monodisperse core/shell Ni/FePt nanoparticles and their conversion to Ni/Pt to catalyze oxygen reduction / S. Zhang, Y. Hao, D. Su et al. // Journal of the American Chemical Society. – 2014. – V. 136. – I. 45. – P. 15921-15924. DOI: 10.1021/ja5099066.
6. Park, K.W. Chemical and Electronic Effects of Ni in Pt/Ni and Pt/Ru/Ni Alloy Nanoparticles in Methanol Electrooxidation / K.W. Park, J.H. Choi, B.K. Kwon et al. // The Journal of Physical Chemistry B. – 2002. – V. 106. – I. 8. – P. 1869-1877. DOI: 10.1021/jp013168v.
7. Xia, J. Core-shell-like Ni-Pd nanoparticles supported on carbon black as a magnetically separable catalyst for green Suzuki-Miyaura coupling reactions / J. Xia, Y. Fu, G. He et al. // Applied Catalysis B: Environmental. – 2017. – V. 200. – P. 39-46. DOI: 10.1016/j.apcatb.2016.06.066.
8. Umar, A. Synthesis and characterization of Pd-Ni bimetallic nanoparticles as efficient adsorbent for the removal of acid orange 8 present in wastewater / A Umar, M.S. Khan, S. Alam et al. // Water. – 2021. – V. 13. – I. 8. – Art. № 1095. – 17 p. DOI: 10.3390/w13081095.
9. Xu, Y. Element segregation and thermal stability of Ni–Pd nanoparticles / Y. Xu, G. Wang, P. Qian // Journal of Materials Science. – 2022. – V. 57. – I. 14. – P. 7384-7399. DOI: 10.1007/s10853-022-07118-7.
10. Samsonov, V.M. On the problem of stability/instability of bimetallic core-shell nanostructures: Molecular dynamics and thermodynamic simulations / V.M. Samsonov, I.V. Talyzin, A.Yu. Kartoshkin et al. // Computational Materials Science. – 2021. – V.199. – Art. № 110710. – 11 p. DOI: 10.1016/j.commatsci.2021.110710.
11. Divi, S. Understanding segregation behavior in AuPt, NiPt, and AgAu bimetallic nanoparticles using distribution coefficients / S. Divi, A. Chatterjee // The Journal of Physical Chemistry C. – 2016. – V. 120. – I. 48. – P. 27296-27306. DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b08325.
12. Sneed, B.T. Shaped Pd–Ni–Pt core-sandwich-shell nanoparticles: influence of Ni sandwich layers on catalytic electrooxidations / B.T. Sneed, A.P. Young, D. Jalalpoor et al. // ACS Nano. – 2014. – V. 8. – I. 7. – P. 7239-7250. DOI: 10.1021/nn502259g.
13. Luo, Y. Ultra-small nanoparticles of Pd-Pt-Ni alloy octahedra with high lattice strain for efficient oxygen reduction reaction / Y. Luo, W. Lou, H. Feng et al. // Catalysts. – 2023. – V. 13. – I. 1. – Art. № 97. – 17 p. DOI: 10.3390/catal13010097.
14. Guo, J. Core–shell Pd–P@Pt–Ni nanoparticles with enhanced activity and durability as anode electrocatalyst for methanol oxidation reaction / J. Guo, M. Zhang, J. Xu et al. // The Royal Society of Chemistry. – 2022. – V. 12. – I. 4. – P. 2246-2252. DOI: 10.1039/D1RA07998K.
15. Atomsk. – Режим доступа: www.url: https://atomsk.univ-lille.fr. – 05.08.2023.
16. LAMMPS Molecular Dynamics Simulator. – Режим доступа: www.url: http://lammps.sandia.gov. – 15.08.2023.
17. Свидетельство № 2019661915 Российская Федерация. Metropolis / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, П.М. Ершов, С.С. Богданов; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет». – № 2019660847; заявл. 30.08.2019; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 11.09.2019. – 1 с.
18. 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: 10.2307/2280232.
19. Zhoe, X.W. Misfit-energy dislocations in vapor-deposited CoFe/NiFe multilayers / X.W. Zhoe, R.A. Johson, N.G. Wadley // Physical Review B. – 2004. – V. 69. – I. 14. – P. 144113-1-144113-10. DOI: 10.1103/PhysRevB.69.144113.
20. 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.
21. 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.
22. OVITO Open Visualization Tool. – Режим доступа: www.url: http://www.ovito.org. – 25.08.2023.