Размерный эффект в четырехкомпонентных наночастицах Au-Cu-Pd-Pt и их стабильность
А.Ю. Колосов, С.А. Вересов, С.В. Серов, Д.Н. Соколов, К.Г. Савина, Р.Е. Григорьев, Н.Ю. Сдобняков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.361
Оригинальная статья
Аннотация: Исследованы четырехкомпонентные наносистемы Au-Cu-Pd-Pt различного размера стехиометрического состава Au3CuPd12Pt4. В качестве метода моделирования использовался метод молекулярной динамики, межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. По результатам серий компьютерных экспериментов было установлено, что четырехкомпонентные наночастицы Au-Cu-Pd-Pt не имеют склонности к формированию структуры ядро-оболочка, даже при том, что атомы золота имеют повышенную сегрегацию к поверхности. Определены температуры плавления и кристаллизации для исследуемых наночастиц Au-Cu-Pd-Pt. Установлена зависимость температуры кристаллизации от скорости охлаждения. При увеличении скорости охлаждения температура кристаллизации снижается, а температурный интервал, в котором происходит кристаллизация увеличивается, при этом скорость нагревания на температуру плавления существенным образом не влияет. Показано, что размерный эффект и эффект скорости изменения температуры позволяет управлять доминирующим присутствием ГЦК или ГПУ локальной структуры, а также влияет на температурную стабильность получаемых кристаллических фаз.
Ключевые слова: метод молекулярной динамики, потенциал сильной связи, четырехкомпонентные наночастицы, структурообразование, температура плавления, термическая стабильность
- Колосов Андрей Юрьевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Вересов Сергей Александрович – аспирант 3 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Серов Сергей Викторович – студент 2 курса магистратуры 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»
- Савина Ксения Геннадьевна – аспирант 2 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Григорьев Роман Евгеньевич – аспирант 3 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Сдобняков Николай Юрьевич – д.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
Ссылка на статью:
Колосов, А.Ю. Размерный эффект в четырехкомпонентных наночастицах Au-Cu-Pd-Pt и их стабильность / А.Ю. Колосов, С.А. Вересов, С.В. Серов, Д.Н. Соколов, К.Г. Савина, Р.Е. Григорьев, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 361-372. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.361.
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. Alexeev, O.S. Supported bimetallic cluster catalysts / O.S. Alexeev, B.C. Gates // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2003. – V. 42. – I. 8. – Р. 1571-1587. DOI: 10.1021/ie020351h.
5. Guisbiers, G. Size-dependent catalytic and melting properties of platinum-palladium nanoparticles / G. Guisbiers, G. Abudukelimu, D. Hourlier // Nanoscale Research Letters. – 2011. – V. 6. – Art. № 396. – 5 p. DOI: 10.1186/1556-276X-6-396.
6. Ferrando, R. Nanoalloys: from theory to applications of alloy clusters and nanoparticles / R. Ferrando, J. Jellinek, R.L. Johnston // Chemical Reviews. – 2008. – V. 108. – I. 3. – P. 845-910. DOI: 10.1021/cr040090g.
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. 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.
10. Ryltsev, R.E. Deep machine learning potentials for multicomponent metallic melts: Development, predictability and compositional transferability / R.E. Ryltsev, N.M. Chtchelkatchev // Journal of Molecular Liquids. – 2022. –V. 349. – Art. № 118181. – 10 p. DOI: 10.1016/j.molliq.2021.118181.
11. Balyakin, I.A. Ab initio molecular dynamics and high-dimensional neural network potential study of VZrNbHfTa melt / I.A. Balyakin, A.A. Yuryev, B.R. Gelchinski, A.A. Rempel // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2020. – V. 32. – № 21. – Art. № 214006. – 15 p. DOI: 10.1088/1361-648X/ab6f87.
12. Балякин, И.А. Атомистический расчет температуры плавления высокоэнтропийного сплава Кантора CoCrFeMnNi / И.А. Балякин, А.А. Ремпель // Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах. – 2022. – Т. 502. – C. 71-78. DOI: 10.31857/S2686953522010046.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
17. 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.
18. Leimkuhler, B. A Gentle Stochastic Thermostat for Molecular Dynamics / B. Leimkuhler, E. Noorizadeh, F. Theil // Journal of Statistical Physics. – 2009. – V. 135. – I. 2. – P. 261-277. DOI: 10.1007/s10955-009-9734-0.
19. 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.
20. Вересов, С.А. К вопросу изучения процессов структурообразования в четырехкомпонентных наночастицах / С.А. Вересов, К.Г. Савина, А.Д. Веселов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 371-382. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.371.