Квантово-химическое моделирование адсорбции водорода на наночастицах золота и меди, нанесенных на графит

  • Е.И. Руденко Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва, Россия https://orcid.org/0000-0002-5763-3461
  • Н.В. Дохликова Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва, Россия https://orcid.org/0000-0002-9009-667X
  • А.К. Гатин Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва, Россия https://orcid.org/0000-0003-2421-8808
  • М.В. Гришин Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва, Россия https://orcid.org/0000-0001-6464-3572
Ключевые слова: теория функционала плотности, наночастицы, золото, медь, водород, графит, адсорбция, квантово-химическое моделирование, сканирующая туннельная микроскопия, сканирующая туннельная спектроскопия.

Аннотация

Проведено квантово-химическое моделирование адсорбции водорода на золотых и медных наночастицах на графите в рамках теории функционала плотности (DFT), в результате которого рассчитаны энергии связи металлических кластеров на графите с различными дефектами с атомарным водородом и изучено изменение плотности состояний атомов металлов при взаимодействии с этим адатомом. Для золота было выявлено большее уменьшение плотности состояний на границе металл-графит, для меди тенденций обнаружено не было. Все приведенные выше выводы согласуются с результатами экспериментальных исследований.

Литература

Satterfield C.N. (1996). Heterogeneous Catalysis in Industrial Practice. Т. 2. Krieger Publishing Company.

Chorkendorff I., & Niemantsverdriet H. (2003). Concepts of Modern Catalysis and Kinetics. Wiley-VCH, Weinheim, Germany.

Somorjai G.A. (1994). Introduction to Surface Chemistry and Catalysis. John Wiley, New York.

Ishida T., Murayama T., Taketoshi A., & Haruta M. (2020). Importance of Size and Contact Structure of Gold Nanoparticles for the Genesis of Unique Catalytic Processes. Chemical Reviews, 120(2), 464–525. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00551.

Kijima M., Ohmura K., & Shirakawa H. (1999). Electrochemical synthesis of free-standing polyacetylene film with copper catalyst. Synthetic Metals. 101(1–3), 58. https://doi.org/10.1016/S0379-6779(98)01123-0.

Knizhnik A., Shter G.E., Grader G.S., Reisner G.M., & Eckstein Y. (2003). Interrelation of preparation conditions, morphology, chemical reactivity and homogeneity of ceramic YBCO. Physica C, 400(1–2), 25–35. https://doi.org/10.1016/S0921-4534(03)01311-X.

Николаевич Н.Н. (2018). Технология конструкционных материалов. Анализ поверхности методами атомной физики. М.: Юрайт.

Hammer B., & Nørskov J.K. (1995). Electronic factors determining the reactivity of metal surfaces. Surface Science, 343(3), 211–220. https://doi.org/10.1016/0039-6028(96)80007-0.

Hammer B., & Nørskov J.K. (1996). Erratum to Electronic factors determining the reactivity of metal surfaces [Surface Science 343 (1995) 211]. Surface Science, 359(1–3), 306. https://doi.org/10.1016/0039-6028(96)00588-2.

Giannozzi P., Andreussi O., Brumme T., et al. (2017). Advanced capabilities for materials modelling with Quantum ESPRESSO. Journal of Physics: Condensed Matter, 29(46), 465901. https://doi.org/10.1088/1361-648X/aa8f79.

Ozaki T., & Kino H. (2004). Numerical atomic basis orbitals from H to Kr. Physical Review B, 69(19), 195113. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.195113.

Hammer B., & Nørskov J.K. (2000). Theoretical surface science and catalysis — calculations and concepts. Advances in catalysis, 45, 71–129. https://doi.org/10.1016/S0360-0564(02)45013-4.

Grishin M.V., Gatin A.K., Dokhlikova N.V., Kolchenko N.N., Sarvadii S.Yu., & Shub B.R. (2016). Interaction of hydrogen and oxygen with bimetallic nanostructured coating. Nanotechnologies in Russia, 11(11–12). 727–734. https://doi.org/10.1134/S1995078016060112.

Grishin M.V., Gatin A.K., Dokhlikova N.V., Kolchenko N.N., Sarvadii S.Y., & Shub B.R. (2019). Atomic and electronic structure and chemical properties of coatings based on gold and nickel nanoparticles deposited on graphite. Russian Journal of Physical Chemistry B. 13(1), 9–15. https://doi.org/10.1134/S1990793118060167.

Gatin A.K., Grishin M.V., Dokhlikova N.V., Sarvadii S.Yu., & Shub B.R. (2019). Hydrogenation of HOPG-supported Gold Nanoparticles: Features of Initial Stages. Crystals. 9(7), 350. https://doi.org/10.3390/cryst9070350.

Gatin A.K., Grishin M.V., Dokhlikova N.V., Ozerin S.A., Sarvadii S.Yu., & Shub B.R. (2018). Adsorption Properties of the Film Formed by Gold and Copper Nanoparticles on Graphite. Nanotechnologies in Russia, 13(9–10), 453–463. https://doi.org/10.1134/S1995078018050063.

Dokhlikova N.V., Gatin A.K., Sarvadiy S.Y., Ozerin S.A., Rudenko E.I., Grishin M.V., & Shub B.R. (2021). Modeling hydrogen adsorption on a gold nanoparticle applied on a graphite substrate with various defects. Russian Journal of Physical Chemistry B. 15(4), 732–739. https://doi.org/10.1134/S1990793121040023.

Опубликован
2024-12-13
Как цитировать
Руденко, Е., Дохликова, Н., Гатин, А., & Гришин, М. (2024). Квантово-химическое моделирование адсорбции водорода на наночастицах золота и меди, нанесенных на графит. Химическая безопасность, 8(2), 206 - 219. https://doi.org/10.25514/CHS.2024.2.27014
Раздел
Наноразмерные объекты и наноматериалы