Ученые определили основные механизмы поглощения у металлических наночастиц

Исследователи из департамента химических технологий США представили универсальную адсорбционную модель, предсказывающую, как поверхности металлических наночастиц будут поглощать вещества.

Такие материалы используют в медицинских, каталитических, энергетических и других системах. Но ученые не до конца понимали фундаментальные свойства поверхностного поглощения. Джеймс Дин с коллегами создал универсальную модель, учитывающую структурные характеристики, металлический состав и разные адсорбаты, сообщает phys.org. Система использует алгоритм машинного обучения для обработки больших объемов данных. Она позволяет точно предсказать адсорбционные тенденции монометаллических и изготовленных из сплавов частиц.

Команда связала поглощение с устойчивым поведением для оптимизации свойств наночастиц для конкретных задач. Выводы исследования представлены в Science Advances.

Стабильность и каталитическая активность обычно исключают друг друга. Мощные агенты выдерживают несколько циклов. Срок службы металлических катализаторов зависит от силы поглощения разных веществ на каталитической поверхности. Согласно принципу Сабатье, активный агент должен создавать связи средней прочности с адсорбатами. Ученые используют вычислительные модели для определения оптимальных параметров.

Специалисты создали адсорбционные модели, связывающие силу сцепления и поверхностные характеристики, вроде координационных чисел, для понимания локальных реакций поглощения. Ранее Дин с коллегами оптимизировали эти алгоритмы для точного определения меняющихся величин. В новом исследовании команда использовала функциональную теорию плотности и техники машинного обучения для создания простой физической модели, показывающей переменную энергию поглощения. Ученые определили величину как функцию локальной адсорбции на поверхности наночастиц, связанную с их типом. Общую модель можно применять к любой металлической наноструктуре, чтобы понять механизмы поглощения и стабильность катализатора.

Сначала команда натренировала систему работать с однокомпонентными частицами. Затем протестировала модель на биметаллических структурах, 55-атомных икосаэдрах (Cu₃₁Ag₂₄ и Cu₂₂Ag₃₃). Система точно определила тенденции поглощения на поверхности частиц. Авторы предполагают, что качество прогнозов сохранится и при работе с мультиметаллическими структурами.