Pt纳米颗粒几何特征与结构稳定性的原子尺度研究

胡红远, 邓 磊, 陈方来, 魏小平, 戴 震, 汤剑锋



Pt纳米颗粒几何特征与结构稳定性的原子尺度研究

胡红远, 邓 磊, 陈方来, 魏小平, 戴 震, 汤剑锋*

(湖南农业大学 理学院, 湖南 长沙, 410128)

基于金属纳米颗粒的几何特征及其幻数结构构建了一系列不同粒径和形貌的Pt纳米颗粒, 利用改进分析型嵌入原子势与淬火分子动力学模拟研究了其结构稳定性. 一方面揭示了各表面位比例、比表面积、平均配位数与粒径、形貌的定量关系; 另一方面预测了晶体结构Pt纳米颗粒的平均原子结合能与颗粒尺寸的线性关联; 二十面体形貌具有最密排的表面, 尺寸较小时表面能的贡献使之成为首选结构, 但大尺寸时应变能使之最不稳定; 由于应变能的释放, 晶态截切多面体小颗粒的稳定性与二十面体相仿, 尺寸增大时具有最高稳定性.

纳米催化剂; 几何特征; 结构稳定性; 分子动力学模拟

贵金属纳米材料具备独特的催化性能, 在石油化工、清洁能源、环境保护等领域有着广泛的应用价值和前景. 近年来, 以氢、乙醇、甲酸和甲醇等为代表的可再生、清洁能源的开发和利用越来越受到关注. 铂基催化剂在促进这些燃料常温下高效转化的电催化反应中表现出极其优异的性能[1—3]. 目前对铂基催化剂的研究主要集中在提高贵金属铂的使用效率上, 通常可通过两种途径来实现: 一是增大其比表面积, 相应显著提高其质量活性, 如制备粒径更小或者具有多孔结构的……