Nye resultater for at hjælpe med at finjustere katalytiske egenskaber af bimetalliske nanopartikler

Nanopartikler varierer i størrelse fra 1 til 100 nanometer, og sammenlignet med sædvanlige partikler er de kendt for at have unikke egenskaber, der i stigende grad bruges til at diagnosticere kræft, udvikle små elektroniske enheder og solcellebatterier, såvel som i mange andre sfærer.

I deres nye papir offentliggjort i Physical Review B , afslørede forskere fra Skoltech, at bimetalliske nanopartiklers katalytiske egenskaber – når et materiale accelererer eller forsinker en kemisk reaktion uden at blive forbrugt af reaktionen – kan finjusteres, mens strukturen af ​​nanopartiklerne ændres.

Lige nu er bimetalliske kerne-skal-partikler af størst interesse, hvor kernen og skallen består af forskellige metaller. Forskere undersøgte tre typer nanopartikler:Cu-core/Au-shell, Au-core/Cu-shell og homogene bimetalliske AuCu-legeringspartikler. I modsætning til kerne-skal-partikler er strukturen af ​​sædvanlige bimetalliske partikler ikke ordnet.

"Vi observerede, hvordan forskellige kerne-skal-forhold kan ændre elektroniske tilstande på overfladen. Disse ændringer har en indflydelse på bindingsevnen mellem en nanopartikel og et molekyle af CO. Vi konkluderede, at det er muligt at fordoble adsorptionsenergien – mere præcist, kemisorption, som er en kemisk binding mellem atomer, molekyler af gasser og overfladen af ​​krystallen eller nanopartiklerne - i forhold til et rent metal gennem finjustering af kerne-skal-forholdet i nanopartiklerne," sagde forsker Ilya Chepkasov fra Materialet. Discovery Laboratory, den førende forfatter af undersøgelsen.

Undersøgelsen involverede flere stadier og brugte tæthedsfunktionel teori. I den første fase brugte holdet nanopartikler på størrelse med 2 nanometer til at konstruere kerne-skal-partikler med forskellige kerne-skal-forhold og analyserede, hvordan overfladeladningen ændrede sig afhængigt af forholdet. Bagefter beregnede forskerne adsorptionen af ​​CO- og O-molekyler på overfladen af ​​nanopartikler og demonstrerede, hvordan nanopartiklers adsorptionsegenskaber kan ændres ved at variere overfladeladningen, der er forbundet med at finjustere dens struktur.

"Vi afslørede grundlæggende mønstre, som senere vil blive brugt til at udvikle AI-drevne modeller til effektiv forudsigelse af adsorption og katalytiske egenskaber af bimetalliske nanopartikler, mens vi udfører high-throughput screening for nye materialer med specificerede egenskaber," tilføjede professor Alexander Kvashnin fra Energy Transition Center, lederen af ​​forskningen.

Resultaterne viser, at finjustering af strukturen af ​​nanopartikler hjælper med at finde de nødvendige katalytiske egenskaber af nanopartikler, som vil hjælpe med at kontrollere katalysatoren. Den praktiske relevans ligger i at forbedre gasrensningen - for eksempel til at rense tekniske gasser fra meget giftig CO og gøre dem mere sikre.

Flere oplysninger: Ilya V. Chepkasov et al., Strukturdrevet tuning af O- og CO-adsorption på AuCu-nanopartikler:En tæthedsfunktionel teoriundersøgelse, Physical Review B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.205414

Journaloplysninger: Fysisk gennemgang B

Leveret af Skolkovo Institute of Science and Technology