나노물질(nanomaterials)은 높은 비표면적과 양자 효과(quantum effect)에서 기인하는 독특한 물리, 화학적 특성 때문에 최근 수십 년간 많은 관심을 받아왔다. 특히 백금계 합금(Pt-based alloy) 나노입자(nanoparticles)와 나노선(nanowires)은 촉매(cytalysis), 센서(sensors) 분야에서 각광받고 있다. 합금 나노 물질의 공학적 활용을 극대화하기 하기 위해서는 시스템의 구조와 열역학적 성질을 이해하는 것이 중요하다. 그러나 합금 나노입자/나노선의 물성이나 구조적인 세부 정보는 매우 부족한 실정이다. 본 연구에서는 Voter에 의해 제안된 EAM(embedded atom method) 모델에 간단한 수정항을 도입하여 fcc 금속(...
나노물질(nanomaterials)은 높은 비표면적과 양자 효과(quantum effect)에서 기인하는 독특한 물리, 화학적 특성 때문에 최근 수십 년간 많은 관심을 받아왔다. 특히 백금계 합금(Pt-based alloy) 나노입자(nanoparticles)와 나노선(nanowires)은 촉매(cytalysis), 센서(sensors) 분야에서 각광받고 있다. 합금 나노 물질의 공학적 활용을 극대화하기 하기 위해서는 시스템의 구조와 열역학적 성질을 이해하는 것이 중요하다. 그러나 합금 나노입자/나노선의 물성이나 구조적인 세부 정보는 매우 부족한 실정이다. 본 연구에서는 Voter에 의해 제안된 EAM(embedded atom method) 모델에 간단한 수정항을 도입하여 fcc 금속(Au, Ag, Cu, Pd 및 Pt)의 녹는점을 실험값에 유사하게 재현할 수 있는 새로운 모델을 제시하였다. 또한 이를 이용하여 다양한 백금계 합금(Au-Pt, Ag-Pt, Cu-Pt 및 Pd-Pt) 나노입자와 나노선의 에너지적으로 안정한 원자 구조를 예측하는 하이브리드 몬테카를로 시뮬레이션(hybrid Monte Carlo Simulation)을 수행하였다. Ag-Pt와 Au-Pt의 경우에는 나노입자와 나노선 모두 코어-쉘(core-shell)구조를 보였으며 Ag와 Au가 완벽하게 표면으로 분리되는 Ag@Pt, Au@Pt 형태를 나타냈다. Cu-Pt의 경우는 양파껍질 형태의 멀티쉘(onion-like multi-shell)구조를 나타냈다. Pd-Pt의 경우 나노입자에 대해서는 금속간 화합물 형태(intermetallic compound)를, 나노선에 대해서는 멀티쉘의 형태를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이러한 연구결과는 백금계 합금 나노물질의 구조를 디자인하고 제어하는데 중요한 기반을 제공할 것이다. 또한 다른 이원계 합금 나노 물질에 대한 이론적 연구의 기준을 제시할 수 있을 것으로 기대한다.
나노물질(nanomaterials)은 높은 비표면적과 양자 효과(quantum effect)에서 기인하는 독특한 물리, 화학적 특성 때문에 최근 수십 년간 많은 관심을 받아왔다. 특히 백금계 합금(Pt-based alloy) 나노입자(nanoparticles)와 나노선(nanowires)은 촉매(cytalysis), 센서(sensors) 분야에서 각광받고 있다. 합금 나노 물질의 공학적 활용을 극대화하기 하기 위해서는 시스템의 구조와 열역학적 성질을 이해하는 것이 중요하다. 그러나 합금 나노입자/나노선의 물성이나 구조적인 세부 정보는 매우 부족한 실정이다. 본 연구에서는 Voter에 의해 제안된 EAM(embedded atom method) 모델에 간단한 수정항을 도입하여 fcc 금속(Au, Ag, Cu, Pd 및 Pt)의 녹는점을 실험값에 유사하게 재현할 수 있는 새로운 모델을 제시하였다. 또한 이를 이용하여 다양한 백금계 합금(Au-Pt, Ag-Pt, Cu-Pt 및 Pd-Pt) 나노입자와 나노선의 에너지적으로 안정한 원자 구조를 예측하는 하이브리드 몬테카를로 시뮬레이션(hybrid Monte Carlo Simulation)을 수행하였다. Ag-Pt와 Au-Pt의 경우에는 나노입자와 나노선 모두 코어-쉘(core-shell)구조를 보였으며 Ag와 Au가 완벽하게 표면으로 분리되는 Ag@Pt, Au@Pt 형태를 나타냈다. Cu-Pt의 경우는 양파껍질 형태의 멀티쉘(onion-like multi-shell)구조를 나타냈다. Pd-Pt의 경우 나노입자에 대해서는 금속간 화합물 형태(intermetallic compound)를, 나노선에 대해서는 멀티쉘의 형태를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이러한 연구결과는 백금계 합금 나노물질의 구조를 디자인하고 제어하는데 중요한 기반을 제공할 것이다. 또한 다른 이원계 합금 나노 물질에 대한 이론적 연구의 기준을 제시할 수 있을 것으로 기대한다.
Nanomaterials have attracted significant attention because of their unique physical and chemical properties due to their high surface-to-volume ratio or quantum effects. Especially, Pt-based bimetallic nanoparticles and nanowires are being recognized as catalysts and sensors. It is important to unde...
Nanomaterials have attracted significant attention because of their unique physical and chemical properties due to their high surface-to-volume ratio or quantum effects. Especially, Pt-based bimetallic nanoparticles and nanowires are being recognized as catalysts and sensors. It is important to understand their atomic structure and thermodynamic properties to maximize engineering applications. However, detailed structural information of bimetallic nanoparticles and nanowires is scarce. In this study, a new empirical potential model, added simple but powerful term to Voter’s EAM (embedded atom method), which could tune melting point of 5 fcc metals(Au, Ag, Cu, Pd, and Pt) is suggested. Hybrid Monte Carlo (MC) simulations are performed to predict the most energetically stable atomic arrangement of various Pt-based nanoparticles and nanowires (Au-Pt, Ag-Pt, Cu-Pt, and Pd-Pt): a core-shell structure (Ag@Pt and Au@Pt) for Ag-Pt alloy and Au-Pt alloy nanoparticles/nanowires, an onion-like multi-shell structure for the Cu-Pt alloy nanoparticles and nanowires, an intermetallic compound for Pd-Pt alloy nanoparticles. We believe that this study can provide theoretical standard for design of various bimetallic nanomaterials.
Nanomaterials have attracted significant attention because of their unique physical and chemical properties due to their high surface-to-volume ratio or quantum effects. Especially, Pt-based bimetallic nanoparticles and nanowires are being recognized as catalysts and sensors. It is important to understand their atomic structure and thermodynamic properties to maximize engineering applications. However, detailed structural information of bimetallic nanoparticles and nanowires is scarce. In this study, a new empirical potential model, added simple but powerful term to Voter’s EAM (embedded atom method), which could tune melting point of 5 fcc metals(Au, Ag, Cu, Pd, and Pt) is suggested. Hybrid Monte Carlo (MC) simulations are performed to predict the most energetically stable atomic arrangement of various Pt-based nanoparticles and nanowires (Au-Pt, Ag-Pt, Cu-Pt, and Pd-Pt): a core-shell structure (Ag@Pt and Au@Pt) for Ag-Pt alloy and Au-Pt alloy nanoparticles/nanowires, an onion-like multi-shell structure for the Cu-Pt alloy nanoparticles and nanowires, an intermetallic compound for Pd-Pt alloy nanoparticles. We believe that this study can provide theoretical standard for design of various bimetallic nanomaterials.
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