金纳米团簇缺陷行为的动力学蒙特卡洛模拟
文献类型：学位论文
| 作者 | 杜吉峰 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 高嶷 |
| 关键词 | 动力学蒙特卡洛模拟 缺陷 金纳米团簇 催化 理论计算 |
| 英文摘要 | 纳米科学从上世纪90年代以来成为当今科学研究的一个热点，它所研究的对象是1~100nm范围内的材料。不同于宏观尺度上的物体，纳米材料有其独特的，反常的物理化学性质，吸引着许多科学家的兴趣。其中，贵金属纳米材料因其具有良好的催化性和稳定性，被能源化工，生物医疗等领域广泛应用和研究。贵金属纳米材料的尺寸，形貌，表面缺陷，体相缺陷，结构，环境的氛围（温度，压强）等因素都能影响其物理化学性能。例如，在贵金属纳米团簇表面，较多的缺陷总是能导致较多的表面活性位点，也因而能使纳米团簇具有更好的催化性能。双组分或多组分构成的核壳或合金结构的贵金属因其能利用多金属间的协同作用，往往能制备出具备更好的催化活性和稳定性的贵金属纳米材料。在制备金属纳米材料的过程中，经常会不可避免地在材料内部引入缺。因此，在制备完成后，材料内部不可避免的存在缺陷。体相缺陷的存在，不论是对材料的制备过程，或者是在实际使用材料的过程中，缺陷的存在总会影响材料的制备和实际使用中纳米颗粒的性能。因此，研究缺陷在纳米材料内部的动力学行为，掌握缺陷的运动规律，从而研究缺陷对材料物理化学性能的影响，在材料的制备和应用上都显得尤为重要。本文以金纳米团簇为例，通过动力学蒙特卡洛方法，研究不同尺寸的金纳米团簇，在不同缺陷浓度下，体相缺陷的动力学行为，分析缺陷的扩散规律。第一章，通过介绍材料研究的重要性，贵金属纳米材料独特的物理化学性质以及分析其作为催化剂，影响其催化性能的一些因素，引入本文对纳米团簇体相缺陷的探讨。第二章，对缺陷以及计算材料领域数值模拟的一些方法进行详细的介绍，包括（1）第一性原理，（2）分子动力学模拟，（3）蒙特卡洛模拟，进而引出本文应用的主要研究方法：动力学蒙特卡洛模拟（KMC），并对所研究体系进行动力学蒙特卡洛建模。第三章，展示模拟结果，对模拟结果进行定性和定量的分析，并从两个主要方面考察缺陷迁移的动力学行为：（1）缺陷迁移的趋势。（2）缺陷迁移的具体形式。1. 缺陷迁移趋势的分析：首先对模拟结果进行直观的分析，可以定性地得出以下一些结论：（1）金纳米团簇内缺陷的动力学行为与缺陷的浓度有关。（2）体相的缺陷，随着时间的迁移，从整体上观察， 一部分会被原子填满，排出体相，也有一部分会在体相聚集，形成囊泡。进一步，对模拟结果做了定量的分析，统计了如下一些物理量：体相囊泡总数，内部缺陷原子总数，最大囊泡所含缺陷的数量，最小囊泡所含缺陷数量，以及平均每个囊泡所含缺陷数量。分析，得出如下结论：（1）体相缺陷有向表面迁移的倾向，且大部分缺陷都会从体相向表面迁移。（2）体相缺陷也有在体相聚集的倾向，少部分缺陷会在体相聚集形成小囊泡。（3）体相缺陷形成的小囊泡有聚集的倾向，倾向于聚集从而形成更大的囊泡；同时也有可能向表面迁移，从而排出体相。（4）尺寸较小的金纳米团簇，如直径为10Å，无论缺陷浓度大小，体相缺陷总是会向表面迁移，并最终排出体相。（5）缺陷浓度较低的金纳米团簇，如在含缺陷浓度为1%或5%时，缺陷也无法在体相形成稳定的囊泡，会很快向表面迁移，最终排出体相。2. 缺陷迁移具体形式的分析：通过对统计曲线和模拟过程中金团簇构型的观察，得出如下结论：（1）缺陷在体相运动时，以囊泡的形式进行迁移，即整个囊泡在体相移动。（2）缺陷形成的囊泡在靠近表面处，向表面扩散时，会始终在靠近表面处徘徊，组成囊泡的缺陷以自身为单位，各自独立地，一个一个地离开囊泡向表面扩散，最终排出体相，而非整个囊泡向表面扩散。因而靠近表面的囊泡在表面附近徘徊过程中，逐渐减小，最终消失。第四章，对现有的工作进行了总结和展望。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33922]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杜吉峰. 金纳米团簇缺陷行为的动力学蒙特卡洛模拟[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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