Моделирование температурной стабильности и плавления металлической наночастицы Au@Pd

Д. С. Захарова, У. С. Швец, Б. В. Наталич, В. Н. Борисюк

Сумский государственный университет, ул. Римского-Корсакова, 2, 40007 Сумы, Украина

Получена: 01.08.2019; окончательный вариант - 19.06.2020. Скачать: PDF

В рамках методов молекулярной динамики проведено моделирование температурной стабильности биметаллической наночастицы Au@Pd со структурой типа «ядро–оболочка» и определена температура плавления исследуемого образца. При моделировании динамического поведения наночастицы расчёт сил межатомного взаимодействия реализован методом погружённого атома. Моделирование процесса плавления характеризовалось постепенным повышением температуры образца путём перемасштабирования соответствующих скоростей атомов с помощью термостата Берендсена в диапазоне температур 300–2500 К. В качестве числового параметра, описывающего изменения в структуре наночастицы, использован показатель Линдемана. По результатам исследования получены температурные зависимости показателя Линдемана и средней потенциальной энергии, а также радиальные функции распределения для наночастицы Au@Pd при различных значениях температуры. Зависимости имели характерный вид: сначала монотонно возрастали в диапазоне температур 300 $\leq T \leq$ 1500 К, а в случае достижения значений температуры близких к 1600 К показатель Линдемана и потенциальная энергия начинали стремительно увеличиваться, что может быть признаком начала процесса плавления. По результатам моделирования построены атомистические конфигурации образца и исследована динамика изменений его структуры, получено распределение атомов по объёму образца в соответствии со значением показателя Линдемана вблизи температуры плавления. По конфигурациям сделан вывод, что плавление наночастицы Au@Pd сферической формы начиналось на поверхности образца, а также в ядре, состоящем из атомов золота. Проведённые расчёты позволили получить значения температуры, вблизи которых происходило разрушение кристаллической структуры исследуемой наночастицы.

Ключевые слова: молекулярная динамика, плавление, показатель Линдемана, металлические наночастицы, ядро–оболочка.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v42/i09/1303.html

PACS: 02.70.Ns, 61.46.Df, 62.23.St, 64.70.dj, 65.80.-g


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. R. Gh. Chaudhuri and S. Paria, Chem. Rev., 112, No. 4: 2373 (2012). Crossref
  2. S. Alayoglu, F. Tao, V. Altoe, C. Specht, Zh. Zhu, F. Aksoy, D. R. Butcher, R. J. Renzas, Zhi Liu, and G. A. Somorjai, Catal. Lett., 141, No. 5: 633 (2011). Crossref
  3. W.-Y. Yu, G. M. Mullen, D. W. Flaherty, and C. B. Mullins, J. Am. Chem. Soc., 136, No. 31: 11070 (2014). Crossref
  4. S. J. Mejía-Rosales, C. Fernández-Navarro, E. Pérez-Tijerina, J. M. Montejano-Carrizales, and M. José-Yacamán, Phys. Chem. B, 110, No. 26: 12884 (2006). Crossref
  5. M. Tsuji, N. Miyamae, S. Lim, K. Kimura, X. Zhang, S. Hikino, and M. Nishio, Crystal Growth & Design, 6, No. 8: 1801 (2006). Crossref
  6. S.-W. Baek, G. Park, J. Noh, Ch. Cho, Ch.-Ho Lee, M.-K. Seo, H. Song, and J.-Y. Lee, ACS Nano, 8, No. 4: 3302 (2014). Crossref
  7. J. Xu, A. R. Wilson, A. R. Rathmell, J. Howe, M. Chi, and B. J. Wiley, ACS Nano, 5, No. 8: 6119 (2011). Crossref
  8. D. Chen, Ch. Li, H. Liu, F. Ye, and J. Yang, Sci. Rep., 5: 11949 (2015). Crossref
  9. H. A. Alarifi, M. Atiş, C. Ozdoğan, A. Hu, M. Yavuz, and Y. Zhou, J. Phys. Chem. C, 117, No. 23: 12289 (2013). Crossref
  10. Zh. Yang, X. Yang, and Zh. Xu, J. Phys. Chem. C, 112, No. 13: 4937 (2008). Crossref
  11. H. H. Kart, H. Yildirim, S. O. Kart, and T. Çagin, Mat. Chem. Phys., 147, Nos. 1–2: 204 (2014). Crossref
  12. Sh. Lu, J. Zhang, and H. Duan, Chem. Phys., 363, Nos. 1–3: 7 (2009). Crossref
  13. R. Essajai and N. Hassanain, J. Mol. Liq., 261: 402 (2018). Crossref
  14. A. Stukowski, Modelling Simul. Mater. Sci. Eng., 18, No. 1: 015012 (2010). Crossref
  15. H. J. C. Berendsen, J. P. M. Postma, W. F. van Gunsteren, A. DiNola, and J. R. Haak, J. Chem. Phys., 81, No. 8: 3684 (1984). Crossref
  16. M. I. Baskes, Phys. Rev. B, 46, No. 5: 2727 (1992). Crossref
  17. S. Plimpton, J. Comput. Phys., 117, No. 1: 1 (1995). Crossref
  18. K. Zhang, G. M. Stocks, and J. Zhong, Nanotechnology, 18, No. 28: 285703 (2007). Crossref
  19. C. R. Hammond, The 81th Edition of the CRC Handbook of Chemistry and Physics (Boca Raton: CRC Press: 2000).
  20. D. C. Rapaport, The Art of Molecular Dynamics Simulation (NY: Cambridge University Press: 2004). Crossref