Моделювання процесу взаємодії кисню з поверхнею бінарних нанокластерів плятина—кобальт з використанням методи DFT

Abstract

На основі використання квантово-хемічної методи функціоналу густини (DFT) в кластерному наближенні змодельовано бінарні нанокластери плятина—кобальт та розраховано характеристики їх взаємодії з молекулярним та атомовим киснем. Встановлено залежності розрахованих теплоти адсорбції та енергії активації адсорбції від структури бінарних нанокластерів. Показано, що бінарний нанокластер Pt37Co18, який має зовнішню оболонку з атомів плятини, має найменшу теплоту адсорбції молекулярного та атомового кисню, що дозволило зробити висновок про каталітичну стійкість даного нанокластера до окиснення. Одержані результати добре узгоджуються з відомими експериментальними та теоретичними даними, що свідчить про перспективність використання методи функціоналу густини до теоретичного пошуку хемічного складу і структури ефективних бінарних нанокаталізаторів на основі плятини для їх використання в каталітичних реакціях на катодах низькотемпературних паливних комірок.

Based on the quantum-chemical method of the density functional theory (DFT) within the cluster approximation, binary platinum—cobalt nanoclusters are simulated, and parameters of their interaction with molecular and atomic oxygen are calculated. As shown, a binary Pt37Co18 nanocluster constructed of platinum-atom outer shell has the lowest adsorption heat of molecular and atomic oxygen. This fact confirms conclusion concerning the catalytic stability of such a nanocluster to oxidation. The results obtained are in a good agreement with known experimental and theoretical data, indicating the perspectives of the density functional theory method for theoretical search of chemical composition and structure of effective binary nanocatalysts with platinum as cathode materials in low-temperature fuel cells.

С использованием квантово-химического метода функционала плотности (DFT) в кластерном приближении смоделированы бинарные нанокластеры платина—кобальт и рассчитаны характеристики их взаимодействия с молекулярным и атомарным кислородом. Установлены зависимости рассчитанных теплоты адсорбции и энергии активации адсорбции от структуры бинарных нанокластеров. Показано, что бинарный нанокластер Pt37Co18, который имеет внешнюю оболочку из атомов платины, имеет наименьшую теплоту адсорбции молекулярного и атомарного кислорода, что позволило сделать вывод о каталитической стойкости данного нанокластера к окислению. Полученные результаты хорошо согласуются с известными экспериментальными и теоретическими данными, что свидетельствует о перспективности использования метода функционала плотности к теоретическому поиску химического состава и структуры эффективных бинарных нанокатализаторов на основе платины для их использования в каталитических реакциях на катодах низкотемпературных топливных элементов.