Paisajes de energía de nanopartículas bimetálicas

Abstract

En este trabajo se proporcionan perspectivas teóricas y computacionales para realizar el análisis de las características estructurales de cúmulos de PdPt de 13, 19 y 102 átomos, considerando todas las posibles composiciones, y sólo para la composición 121Pd Pt se realizará la exploración de su hipersuperficie de energía potencial (PES). Se ha dado énfasis a la caracterización estructural dado que las propiedades físicas y químicas varían con la topología del isómero y las diferencias entre sus homótopos. Entiéndase por isómero todos aquellos compuestos con la misma fórmula molecular pero diferente forma geométrica y por homótopo a aquellas estructuras con la misma geometría que difieren entre sí solamente por la distribución de los átomos. El significado del término es, literalmente, mismo lugar. El término cobra importancia en el estudio de sistemas heterogéneos, en cuya composición intervienen más de un elemento químico, por ejemplo, sistemas binarios del tipo de los aquí estudiados. Para llevar a cabo este trabajo se ha utilizado un GA y un algoritmo TR que incorpora el potencial de Gupta, como fue formulado por Cleri y Rosato para explorar la hipersuperficie de energía potencial (PES)27-30. El cúmulo de 19 átomos es particularmente interesante porque su estructura de doble icosaedro es muy estable para cúmulos monoelementales31,32y la aparición de diferentes estructuras al variar la composición lo hace accesible para el análisis de la relación entre estructura y composición33. De este sistema se presenta también la huella digital para cada estructura predicha a través de la intensidad simulada del patrón de difracción de rayos X (XRD)32. El cúmulo de 102 átomos es de especial interés porque se ha determinado como una estructura muy estable para cúmulos monoatómicos31-32. La energía de exceso34 es utilizada para encontrar el cúmulo más estable y la evolución estructural del ordenamiento atómico como función del número de átomos de Pd. Para este caso también se analiza la función de distribución radial de átomos, n(r), para algunas composiciones seleccionadas. El caso de 13 átomos es importante debido a la gran estabilidad estructural y a que es el primer número mágico del modelo de capas geométricas. Por otro lado, TR ha sido probado exitosamente en múltiples aplicaciones para sistemas sólidos cristalinos y vítreos35-37pero no había sido utilizado en la descripción de sistemas no extendidos como nanopartículas, siendo ésta la primera vez que es aplicado en la exploración de la hipersuperficie de energía de cúmulos bimetálicos. La técnica de caracterización utilizada para los diferentes cúmulos obtenidos fue Análisis de Vecinos Comunes (CNA)38,39. La tesis se organizó de la siguiente manera. En el capítulo 2 se muestran los fundamentos teóricos para la realización de este trabajo, en el capítulo 3 se muestra la metodología computacional, en el capítulo 4se muestran los resultados y discusiones y en el capítulo 5 se resumen las conclusiones.