مدل سازی برای پیش بینی ساختار آلیاژها

محققان سنگاپوری با استفاده از مدل سازی به بررسی نانوذرات کاتالیستی پرداختند. در این پژوش مدلی برای نانوذرات آلیاژی ارائه شد از نتایج کار آنها می‌توان در تولید نانوکاتالیست‌ها استفاده کرد.

محققان سنگاپوری با استفاده از مدل‌سازی به بررسی نانوذرات
کاتالیستی پرداختند. در این پژوش مدلی برای نانوذرات آلیاژی ارائه شد از
نتایج کار آنها می‌توان در تولید نانوکاتالیست‌ها استفاده کرد.

نانوذرات می‌توانند خواص کاتالیستی داشته باشند. برای مثال نانوآلیاژ
دوتایی پلاتین و پالادیم می‌تواند در تولید هیدروژن جهت مصارف پیل سوختی
مورد استفاده قرار گیرد. شناسایی نانوآلیاژ فعال برای استفاده در این حوزه
کاری چالش برانگیز است. عملکرد کاتالیستی مواد رابطه مستقیمی با ساختار
آنها دارند از سوی دیگر چیدمان اتمی مناسب برای رسیدن به این سطح فعالیت
کاری بسیار دشوار است. اخیرا یک گروه تحقیقاتی در موسسه آاستار سنگاپور
موفق شده است با استفاده از راهبرد محاسباتی ساختار این نانوآلیاژ را
پیش‌بینی کنند. تک لونگ تان و همکارانش از این روش جدید برای شناسایی
ساختار اتمی نانوذرات استفاده کردند. آنها معتقدند که این روش میتواند
عملکرد کاتالیستی مواد را بهبود دهد. در این پژوهش محققان از ۵۵ اتم
استفاده کردند هر سایت توسط یک اتم پالادیوم یا پلاتین پر می‌شود. تان
می‌گوید میلیون‌ها پیکربندی مختلف برای چیدمان این اتم‌ها وجود دارد که
برای بررسی آنها باید از محاسبات کامپیوتری استفاده کرد.

 

 
 
برای این که بتوان این فرآیند را مدیریت
کرد، محققان نانوذرات را به اجزاء کوچکتر تقسیم کردند که هر بخش را خوشه
نامیدند. آنها صد ساختار آلیاژی مختلف را مورد بررسی قرار دادند ساختارهایی
که هر یک حاوی ۳۰ یا بیشتر خوشه است. در نهایت آنها توانستند یک مدل قابل
اطمینان مدل مناسبی برای رفتار آلیاژ پیدا کنند این گروه تحقیقاتی این کار
را با استفاده از راهبردی به‌نام بسط خوشه‌ای انجام دادند. با استفاده از
این مدل، آنها تمام ویژگی‌های نانوذرات را محاسبه نمودند. تان می‌گوید این
مدل با سرعت بالایی در تمام پیکربندی‌های موجود به‌دنبال حالتی با کمترین
انرژی می‌گردد. در واقع حالتی که کمترین انرژی را دارد، پیکربندی است که
آلیاژ می‌تواند در آن حالت به‌صورت پایدار وجود خارجی داشته باشد.

با یافتن ساختارهای پایدار، تان و همکارانش موفق شدند به بررسی تاثیر
پیکربندی‌های مختلف روی عملکرد ذره به‌عنوان کاتالیست بپردازند. به‌عنوان
نمونه، محققان روی واکنش تولید هیدروژن تحقیق کردند. نتایج نشان داد با
افزایش مقدار پالادیوم، فعالیت کاتالیستی ذرات افزایش می‌یابد دلیل این امر
آن است که آلیاژ، اتصال هیدروژن را به سایت‌ها افزایش می‌دهد. با استفاده
از نتایج این پژوهش می‌توان نانوکاتالیست‌های جدید تولید کرد.

از این راهبرد می‌توان برای تحقیقات نانوذرات استفاده کرد. نتایج این تحقیق
در قالب مقاله‌ای تحت عنوان A comprehensive search for stable Pt−Pd
nanoalloy configurations and their use as tunable catalysts در نشریه
Nano Letters به چاپ رسیده است.