Pt与Pd混合团簇结构、稳定性及熔化特性研究

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团簇的性质既不同于微观单个原子或分子,也不同与宏观的固体或液体,具有特殊的性质。团簇科学涉及诸多方面的化学与物理问题,其研究成果尤其对催化剂、燃料电池与纳米科学等领域产生了重要的推动力。在催化领域,贵金属催化剂有着重要的地位,纳米贵金属催化剂具有较高的催化活性,与传统催化剂相比具有很大的优势。本文对两种贵金属Pt与Pd混合团簇进行研究,分析了其结构、稳定性以及某些热力学特性,希望能为新型贵金属催化剂的研究提供一定的背景知识。本论文所采用的研究方法为分子动力学。研究的对象为12原子-31原子PtPd混合团簇,团簇中Pd原子的数目为0个-8个。论文中首先采用模拟退火的方法得到混合团簇的几何结构,接着利用势能的二阶差分对混合团簇的稳定性进行分析。最后计算混合团簇在不同温度下的均方根键长涨落δ,做δ-温度T关系图,分析混合团簇的熔化特性。经过详细的分析,本论文主要有以下结论:1)具有幻数特征的13原子与19原子PtPd混合团簇,其基态结构有较高的对称性。除13原子与19原子混合团簇外,其余团簇不具备较高的对称性。2)在本论文模拟的12原子-31原子PtPd混合团簇范围内,团簇的几何结构基本是以二十面体或双二十面体进行演化,部分团簇内部可以观察到规则的二十面体或双二十面体结构。3)本论文PtPd混合团簇内的Pd原子数不超过8个,在该模拟范围内,从整体上来说,混合团簇结构的对称性会随着团簇内部Pd原子数的增加而有一定的增强。4)13原子混合团簇有最好的稳定性。5)PtPd混合团簇的稳定性,不但与混合团簇的总原子数目有关,也与团簇内部两种原子的比例有关。6)13原子混合团簇预熔化温度最高,19原子混合团簇中绝大多数预熔化温度也较高,只比13原子混合团簇略低。7)PtPd混合团簇预熔化温度,不但与混合团簇的总原子数目有关,也与团簇内部两种原子的比例有关。8)本论文所讨论范围内,不具有幻数特征的普通Pt Pd混合团簇,有一半预熔化温度很低,其余绝大多数在500K前开始预熔化。9)随着团簇内部Pd原子数的增加,从整体上看,PtPd混合团簇预熔化温度有所升高。10)在14原子-18原子PtPd混合团簇中发现明显的二次熔化现象,混合团簇原子数超过19后,二次熔化现象逐渐消失。
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