NiCu雙金屬納米粒子的表面偏析、結構特征與擴散*

鄧永和 張宇文 譚恒博 文大東 高明 吳安如

1) (湖南工程學院計算科學與電子學院, 湘潭 411100)

2) (吉首大學物理與機電工程學院, 吉首 416000)

3) (湖南工程學院, 湖南省汽車動力與傳動系統重點實驗室, 湘潭 411104)

NiCu雙金屬核殼納米粒子不僅由于其優異的穩定性、選擇性以及磁學和催化性能而受到廣泛關注, 而且可以通過改變其納米粒子的形貌、表面元素分布和粒徑大小而具有可調諧性能.采用分子動力學與蒙特羅方法并結合嵌入原子勢對NiCu雙金屬納米粒子的表面偏析、結構特征以及Cu吸附原子在Ni基底沉積生長與表面擴散進行了研究, 結果表明Cu原子在Ni基底表面具有強的偏析傾向.隨著Cu原子濃度的增加,Cu原子優先占據納米粒子的頂點、邊、(100) 和 (111) 面, 最終形成完美的Ni核/Cu殼納米粒子.在生長溫度T = 400 K時, 形成的Ni核/Cu殼結構最穩定.進一步采用肘彈性波方法模擬計算在Ni基表面Cu吸附原子的擴散勢壘, 結果表明, Cu吸附原子無論是交換還是擴散, 都需要克服較大的ES勢壘, 從而難以在Ni基底表面進行面間擴散.與Ni基底相反, 在Cu基底上沉積Ni原子, Ni吸附原子很容易從 (111) 面遷移至 (100)面, 且在當前模擬溫度下, Ni吸附原子無法在 (100) 面進行遷移, 導致生長構型朝正八面體的形狀發展, 且其八個頂角幾乎被Ni原子所占據.本文經過深入研究, 從原子的角度出發, 對NiCu納米催化劑的初步設計提供了一種新的思路和方法.

1 引 言

與傳統的宏觀材料相比, 金屬納米粒子由于具有尺寸小、表面體積比高等……