Year 2020, Volume 8 , Issue 2, Pages 1732 - 1745 2020-04-30

Melting Dynamics of PdnPt(6-n)Au32 Nanoalloys with Truncated Octahedron Structure
Kesilmiş Oktahedron Yapısına Sahip PdnPt(6-n)Au32 Nanoalaşımlarının Erime Dinamiği

Ali Kemal GARİP [1]


In this study, classical Molecular Dynamics simulations of canonical ensemble conditions (NVT) of PdnPt(6-n)Au32 nanoalloys with truncated octahedron structure were performed with two different heating rates to study the melting dynamics. In order to obtain the initial configurations to be used in MD simulations, the chemical ordering of the cluster was optimized with the Basin-Hopping algorithm, which would not allow changes in the truncated octahedron structure. Gupta many-body potential was used to model interatomic interactions. The caloric curves obtained and the Lindemann index variation graphs used to examine the melting transition show that the melting transition occurs within a certain temperature range and in the form of an isomerization. Unsharp caloric curve transitions are classified as glass-like transitions. The temperature range in which the isomerization takes place depends on the heating rate value.

Bu çalışmada, kesilmiş oktahedron yapısına sahip PdnPt(6-n)Au32 nanoalaşımlarının kanonik topluluk koşullarındaki (NVT) klasik Moleküler Dinamik simülasyonları, erime dinamiğini incelemek için iki farklı ısıtma oranı ile gerçekleştirilmiştir. MD simülasyonlarında kullanılacak başlangıç konfigürasyonlarını elde edebilmek için topağın kimyasal düzeni, kesilmiş oktahedron yapısında değişimlere izin vermeyecek şekilde Basin-Hopping algoritması ile optimize edilmiştir. Atomlar arası etkileşimleri modellemek için Gupta çok-cisim potansiyeli kullanılmıştır. Elde edilen kalorik eğriler ve erime geçişini incelemek için kullanılan Lindemann indeksi değişim grafikleri göstermektedir ki erime geçişi belirli bir sıcaklık aralığında ve bir izomerizasyon şeklinde gerçekleşmektedir. Keskin olmayan kalorik eğri geçişleri camsı benzeri geçiş olarak sınıflandırılmıştır. İzomerizasyonun gerçekleştiği sıcaklık aralığı ise ısıtma oranı değerine bağlı olarak değişmektedir.

  • [1] R. L. Johnston, Atomic and Molecular Clusters, c. 20024557. London ; New York : Taylor & Francis, 2002.
  • [2] F. Baletto ve R. Ferrando, “Structural Properties of Nanoclusters: Energetic, Thermodynamic, and Kinetic Effects,” Rev. Mod. Phys., c. 77, s. 1, ss. 371–423, 2005.
  • [3] R. Ferrando, J. Jellinek, ve R. L. Johnston, “Nanoalloys: From Theory to Applications of Alloy Clusters and Nanoparticles,” Chem. Rev., c. 108, s. 3, ss. 845–910, 2008.
  • [4] Y. Shibuta ve T. Suzuki, “A Molecular Dynamics Study of the Phase Transition in Bcc Metal Nanoparticles,” J. Chem. Phys., c. 129, s. 14, ss. 144102, Oct. 2008.
  • [5] A. Chalgin et al., “Ternary Pt–Pd–Ag Alloy Nanoflowers for Oxygen Reduction Reaction Electrocatalysis,” CrystEngComm, c. 19, s. 46, ss. 6964–6971, 2017.
  • [6] Y. Yamauchi et al., “Electrochemical Synthesis of Mesoporous Pt-Au Binary Alloys with Tunable Compositions for Enhancement of Electrochemical Performance,” J. Am. Chem. Soc., c. 134, s. 11, ss. 5100–5109, 2012.
  • [7] S. Guo, S. Dong, ve E. Wang, “Three-dimensional Pt-on-Pd Bimetallic Nanodendrites Supported on Graphene Nanosheet: Facile Synthesis and Used as An Advanced Nanoelectrocatalyst for Methanol Oxidation,” ACS Nano, c. 4, s. 1, ss. 547–555, 2010.
  • [8] Y. Lu, Y. Jiang, ve W. Chen, “PtPd Porous Nanorods with Enhanced Electrocatalytic Activity and Durability for Oxygen Reduction Reaction,” Nano Energy, c. 2, s. 5, ss. 836–844, 2013.
  • [9] S. Taran, A. K. Garip, ve H. Arslan, “Theoretical Study of the Structures and Chemical Ordering of CoPd Nanoalloys Supported on MgO(001),” Int. J. Mod. Phys. C, c. 27, s. 12, ss. 1650146, Dec. 2016.
  • [10] F. Pittaway et al., “Theoretical Studies of Palladium-Gold Nanoclusters: Pd-Au Clusters with Up to 50 Atoms,” J. Phys. Chem. C, c. 113, s. 21, ss. 9141–9152, 2009.
  • [11] H. Arslan, “Structures and Energetic of Palladium-Cobalt Binary Clusters,” Int. J. Mod. Phys. C, c. 19, s. 8, ss. 1243–1255, 2008.
  • [12] S. Taran ve H. Arslan, “ConPdm ve ConAum (n+ m= 100) Nanoalaşımlarının MgO (001) Yüzeyi Üzerindeki Yapısal Özelliklerinin İncelenmesi,” Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknol. Derg., c. 6, s. 4, ss. 791–807, 2018.
  • [13] H. Arslan, A. K. Garip, ve R. L. Johnston, “Theoretical Study of the Structures and Chemical Ordering of Cobalt–Palladium Nanoclusters,” Phys. Chem. Chem. Phys., c. 17, s. 42, ss. 28311–28321, 2015.
  • [14] H. Arslan, “Global Minima for Pd N (N = 5–80) Clusters Described by Sutton–Chen Potential,” Int. J. Mod. Phys. C, c. 18, s. 8, ss. 1351–1359, 2007.
  • [15] H. Zhang, T. Watanabe, M. Okumura, M. Haruta, ve N. Toshima, “Catalytically Highly Active Top Gold Atom on Palladium Nanocluster,” Nat. Mater., c. 11, s. 1, ss. 49–52, 2012.
  • [16] D. Cheng, W. Wang, ve S. Huang, “The Onion-Ring Structure for Pd-Pt Bimetallic Clusters,” J. Phys. Chem. B, c. 110, s. 33, ss. 16193–16196, 2006.
  • [17] I. Parsina ve F. Baletto, “Tailoring the Structural Motif of AgCo Nanoalloys: Core/Shell Versus Janus-Like,” J. Phys. Chem. C, c. 114, s. 3, ss. 1504–1511, 2010.
  • [18] N. Toshima, R. Ito, T. Matsushita, ve Y. Shiraishi, “Trimetallic Nanoparticles Having A Au-Core Structure,” Catal. Today, c. 122, s. 3–4, ss. 239–244, 2007.
  • [19] H. Zhang, M. Okumura, ve N. Toshima, “Stable Dispersions of PVP-Protected Au/Pt/Ag Trimetallic Nanoparticles as Highly Active Colloidal Catalysts for Aerobic Glucose Oxidation,” J. Phys. Chem. C, c. 115, s. 30, ss. 14883–14891, 2011.
  • [20] X. Zhang, F. Zhang, ve K. Y. Chan, “Preparation of Pt-Ru-Co Trimetallic Nanoparticles and Their Electrocatalytic Properties,” Catal. Commun., c. 5, s. 12, ss. 749–753, 2004.
  • [21] N. R. de Tacconi, W.-Y. Lin, W. Chanmanee, L. Nikiel, K. Rajeshwar, ve W. A. Wampler, “ Photocatalytically Generated Trimetallic (Pt-Pd-Au/C-TiO 2 ) Nanocomposite Electrocatalyst ,” J. Electrochem. Soc., c. 159, s. 7, ss. F226–F233, 2012.
  • [22] Z. Zhao, M. Li, D. Cheng, ve J. Zhu, “Understanding the Structural Properties and Thermal Stabilities of Au–Pd–Pt Trimetallic Clusters,” Chem. Phys., c. 441, ss. 152–158, Sep. 2014.
  • [23] G. H. Wu, Q. M. Liu, ve X. Wu, “Geometrical and Energetic Properties in 38-Atom Trimetallic AuPdPt Clusters,” Chem. Phys. Lett., c. 620, ss. 92–97, 2015.
  • [24] G. Rossi, A. Rapallo, C. Mottet, A. Fortunelli, F. Baletto, ve R. Ferrando, “Magic Polyicosahedral Core-Shell Clusters,” Phys. Rev. Lett., c. 93, s. 10, 2004.
  • [25] M. Li ve D. Cheng, “Molecular Dynamics Simulation of the Melting Behavior of Crown-Jewel Structured Au-Pd Nanoalloys,” J. Phys. Chem. C, c. 117, s. 36, ss. 18746–18751, 2013.
  • [26] A. Rapallo, J. A. Olmos-Asar, O. A. Oviedo, M. Ludueña, R. Ferrando, and M. M. Mariscal, “Thermal Properties of Co/Au nanoalloys and Comparison of Different Computer Simulation Techniques,” J. Phys. Chem. C, c. 116, s. 32, ss. 17210–17218, 2012.
  • [27] R. Subbaraman ve S. K. R. S. Sankaranarayanan, “Effect of Ag Addition on the Thermal Characteristics and Structural Evolution of Ag-Cu-Ni Ternary Alloy Nanoclusters: Atomistic Simulation Study,” Phys. Rev. B - Condens. Matter Mater. Phys., c. 84, s. 7, ss. 1–16, 2011.
  • [28] H. Akbarzadeh, M. Abbaspour, ve E. Mehrjouei, “Effect of Systematic Addition of the Third Component on the Melting Characteristics and Structural Evolution of Binary Alloy Nanoclusters,” J. Mol. Liq., c. 249, ss. 412–419, 2018.
  • [29] H. Akbarzadeh, E. Mehrjouei, S. Ramezanzadeh, ve C. Izanloo, “Ni-Co Bimetallic Nanoparticles with Core-Shell, Alloyed, and Janus Structures Explored by MD Simulation,” J. Mol. Liq., c. 248, ss. 1078–1095, 2017.
  • [30] H. Arslan ve A. E. Irmak, “Heat Capacity of 13- and 19-Atom Pd–Co Binary Clusters: Parallel Tempering Monte Carlo Study,” Int. J. Mod. Phys. C, c. 20, s. 11, ss. 1737–1747, 2009.
  • [31] H. Yıldırım ve H. Arslan, “CuAgAu Üçlü Nanoalaşımların Optimizasyonu ve Erime Dinamiği,” Balıkesir Üniversitesi Fen Bilim. Enstitüsü Derg., c. 21, s. 1, ss. 336–351, 2019.
  • [32] N. Zhang, F. Y. Chen, ve X. Q. Wu, “Global Optimization and Oxygen Dissociation on Polyicosahedral Ag32Cu6 Core-Shell Cluster for Alkaline Fuel Cells,” Sci. Rep., c. 5, s. June, ss. 1–12, 2015.
  • [33] P. Matczak ve S. Romanowski, “The Effect of Alloying on the H-atom Adsorption on the (100) Surfaces of Pd-Ag, Pd-Pt, Pd-Au, Pt-Ag, and Pt-Au. A Theoretical Study,” Cent. Eur. J. Chem., c. 9, s. 3, ss. 474–480, 2011.
  • [34] F. Cleri ve V. Rosato, “Tight-Binding Potentials for Transition Metals and Alloys,” Phys. Rev. B, c. 48, s. 1, ss. 22–33, 1993.
  • [35] A. Logsdail, L. O. Paz-Borbón, ve R. L. Johnston, “Structures and Stabilities of Platinum-Gold Nanoclusters,” J. Comput. Theor. Nanosci., c. 6, s. 4, ss. 857–866, 2009.
  • [36] C. Massen, T. V. Mortimer-Jones, ve R. L. Johnston, “Geometries and Segregation Properties of Platinum-Palladium Nanoalloy Clusters,” J. Chem. Soc. Dalt. Trans., s. 23, ss. 4375–4388, 2002.
  • [37] R. L. Johnston, L. O. Paz-Borbón, G. Barcaro, ve A. Fortunelli, “Structural Motifs, Mixing, and Segregation Effects in 38-atom Binary Clusters,” J. Chem. Phys., c. 128, s. 13, 2008.
  • [38] G. Rossi et al., “Global Optimization of Bimetallic Cluster Structures. II. Size-matched Ag-Pd, Ag-Au, and Pd-Pt systems.,” J. Chem. Phys., c. 122, s. 19, ss. 194309, 2005.
  • [39] D. J. Wales ve H. A. Scheraga, “Global Optimization of Clusters, Crystals, and Biomolecules,” Science, c. 285, s. 5432. ss. 1368–1372, 1999.
  • [40] I. T. Todorov, W. Smith, K. Trachenko, ve M. T. Dove, “DL_POLY_3: New Dimensions in Molecular Dynamics Simulations via Massive Parallelism,” J. Mater. Chem., c. 16, s. 20, ss. 1911, 2006.
  • [41] I. J. Bush, I. T. Todorov, ve W. Smith, “A DAFT DL_POLY11URL: http://www.ccp5.ac.uk/DL_POLY. Distributed Memory Adaptation of the Smoothed Particle Mesh Ewald method,” Comput. Phys. Commun., c. 175, s. 5, ss. 323–329, 2006.
  • [42] H. A. Boateng ve I. T. Todorov, “Arbitrary Order Permanent Cartesian Multipolar Electrostatic Interactions,” J. Chem. Phys., c. 142, s. 3, 2015.
  • [43] Y. Shibuta ve T. Suzuki, “Phase Transition in Substrate-Supported Molybdenumnanoparticles: A Molecular Dynamics Study,” Phys. Chem. Chem. Phys., c. 12, s. 3, ss. 731–739, 2010.
  • [44] Y.-H. Wen, R. Huang, X.-M. Zeng, G.-F. Shao, ve S.-G. Sun, “Tetrahexahedral Pt–Pd Alloy Nanocatalysts with High-Index Facets: An Atomistic Perspective on Thermodynamic and Shape Stabilities,” J. Mater. Chem. A, c. 2, s. 5, ss. 1375–1382, 2014.
  • [45] X. Liu, H. Guo, ve C. Meng, “Melting of Bulk Gold During Continuous Heating: A Molecular Dynamics Study,” ICIC 2010 - 3rd Int. Conf. Inf. Comput., c. 4, s. 1, ss. 121–124, 2010.
  • [46] H. Akbarzadeh ve M. Abbaspour, “Different Morphologies of Aluminum Nanoclusters: Effect of Pressure on Solid-Liquid Phase Transition of the Nanoclusters Using Molecular Dynamics Simulations,” J. Mol. Liq., c. 230, ss. 20–23, Mar. 2017.
  • [47] A. L. Gould, A. J. Logsdail, ve C. R. A. Catlow, “Influence of Composition and Chemical Arrangement on the Kinetic Stability of 147-Atom Au-Ag Bimetallic Nanoclusters,” J. Phys. Chem. C, c. 119, s. 41, ss. 23685–23697, 2015.
  • [48] F. Chen, B. C. Curley, G. Rossi, ve R. L. Johnston, “Structure, Melting, and Thermal Stability of 55 Atom Ag-Au Nanoalloys,” J. Phys. Chem. C, c. 111, s. 26, ss. 9157–9165, 2007.
  • [49] F. Chen ve R. L. Johnston, “Martensitic Transformations in Ag-Au Bimetallic Core-Shell Nanoalloys,” Appl. Phys. Lett., c. 92, s. 2, 2008.
  • [50] Z. Kuntová, G. Rossi, ve R. Ferrando, “Melting of Core-Shell Ag-Ni and Ag-Co Nanoclusters Studied via Molecular Dynamics Simulations,” Phys. Rev. B - Condens. Matter Mater. Phys., c. 77, s. 20, ss. 1–8, 2008.
  • [51] C. Mottet, J. Goniakowski, F. Baletto, R. Ferrando, ve G. Treglia, “Modeling Free and Supported Metallic Nanoclusters: Structure and Dynamics,” in Phase Transitions, 2004, c. 77, s. 1–2, ss. 101–113.
Primary Language tr
Subjects Engineering
Journal Section Articles
Authors

Orcid: 0000-0002-9299-4641
Author: Ali Kemal GARİP (Primary Author)
Institution: ZONGULDAK BÜLENT ECEVİT ÜNİVERSİTESİ, FEN-EDEBİYAT FAKÜLTESİ, FİZİK BÖLÜMÜ
Country: Turkey


Supporting Institution Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri
Project Number 2016-22794455-02
Thanks Bu çalışma Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri tarafından desteklenmiştir.
Dates

Publication Date : April 30, 2020

Bibtex @research article { dubited622000, journal = {Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi}, issn = {}, eissn = {2148-2446}, address = {}, publisher = {Duzce University}, year = {2020}, volume = {8}, pages = {1732 - 1745}, doi = {10.29130/dubited.622000}, title = {Kesilmiş Oktahedron Yapısına Sahip PdnPt(6-n)Au32 Nanoalaşımlarının Erime Dinamiği}, key = {cite}, author = {Gari̇p, Ali Kemal} }
APA Gari̇p, A . (2020). Kesilmiş Oktahedron Yapısına Sahip PdnPt(6-n)Au32 Nanoalaşımlarının Erime Dinamiği . Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi , 8 (2) , 1732-1745 . DOI: 10.29130/dubited.622000
MLA Gari̇p, A . "Kesilmiş Oktahedron Yapısına Sahip PdnPt(6-n)Au32 Nanoalaşımlarının Erime Dinamiği" . Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 8 (2020 ): 1732-1745 <https://dergipark.org.tr/en/pub/dubited/issue/55096/622000>
Chicago Gari̇p, A . "Kesilmiş Oktahedron Yapısına Sahip PdnPt(6-n)Au32 Nanoalaşımlarının Erime Dinamiği". Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 8 (2020 ): 1732-1745
RIS TY - JOUR T1 - Kesilmiş Oktahedron Yapısına Sahip PdnPt(6-n)Au32 Nanoalaşımlarının Erime Dinamiği AU - Ali Kemal Gari̇p Y1 - 2020 PY - 2020 N1 - doi: 10.29130/dubited.622000 DO - 10.29130/dubited.622000 T2 - Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi JF - Journal JO - JOR SP - 1732 EP - 1745 VL - 8 IS - 2 SN - -2148-2446 M3 - doi: 10.29130/dubited.622000 UR - https://doi.org/10.29130/dubited.622000 Y2 - 2020 ER -
EndNote %0 Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi Kesilmiş Oktahedron Yapısına Sahip PdnPt(6-n)Au32 Nanoalaşımlarının Erime Dinamiği %A Ali Kemal Gari̇p %T Kesilmiş Oktahedron Yapısına Sahip PdnPt(6-n)Au32 Nanoalaşımlarının Erime Dinamiği %D 2020 %J Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi %P -2148-2446 %V 8 %N 2 %R doi: 10.29130/dubited.622000 %U 10.29130/dubited.622000
ISNAD Gari̇p, Ali Kemal . "Kesilmiş Oktahedron Yapısına Sahip PdnPt(6-n)Au32 Nanoalaşımlarının Erime Dinamiği". Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 8 / 2 (April 2020): 1732-1745 . https://doi.org/10.29130/dubited.622000
AMA Gari̇p A . Kesilmiş Oktahedron Yapısına Sahip PdnPt(6-n)Au32 Nanoalaşımlarının Erime Dinamiği. DÜBİTED. 2020; 8(2): 1732-1745.
Vancouver Gari̇p A . Kesilmiş Oktahedron Yapısına Sahip PdnPt(6-n)Au32 Nanoalaşımlarının Erime Dinamiği. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi. 2020; 8(2): 1732-1745.