Каталитическая активность кластеров Pt зависит не только от величины наночастицы и ее состава, но и от внутреннего строения. С целью определения реальной структуры используемых при катализе наночастиц методом молекулярной динамики были исследованы границы термической стабильности строения кластеров Pt диаметром до 8.0 nm, взаимодействующие с углеродными подложками двух типов: фиксированной плоскостью α-графита и подвижной подложкой со структурой алмаза. Проведена оценка влияния подложки на процессы плавления нанокластеров Pt. Исследована роль скорости охлаждения на формирование внутрен-него строения кластеров Pt в процессе кристаллизации. Проведено сравнение полученных закономерностей в случае " свободных" кластеров Pt и кластеров Pt на подложках. Сделан вывод, что наночастицы платины диаметром D ≤ 4.0 nm, расположенные на углеродной подложке, при охлаждении из расплава сохраняют исходную ГЦК-структуру.Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 16-48-190182, 17-48-190320).

К настоящему времени уже стало понятно, что именно форма и внутренняя симметрия наночастиц может значительно влиять на величину рассеяния и поглощения световой волны, так как без образования сильного диполя данные эффекты в наночастицах будет несущественными. Поэтому основной задачей проведенного исследования являлось нахождение размерной границы, при которой нанокластеры серебра, обладающие различной начальной морфологией, самопроизвольно изменяют свое строение на ГЦК структуру, характерную для объемного материала. Для оценки полученных результатов методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи TB-SMA было произведено исследование границ устойчивости структурных модификаций нанокластеров серебра диаметром 2,0-10,0 нм с целью определения размерной границы возможного термически индуцированного структурного перехода от исходной аморфной морфологии к ГЦК фазе. Полученные данные сравнивались с результатами исследований для наночастиц Ag размерами до 2,0 нм с начальным ГЦК и аморфным строением. Было показано, что размерной границе, при которой нанокластеры изменяли начальное аморфное строение на ГЦК структуру свойственную объемному серебру, соответствует диаметр частиц около 8,0-10,0 нм, выше которого в обычных условиях физических методик синтеза уже не удается получить пятичастичное внутреннее строение.

Нанокластеры серебра, благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам, находят широкое применение во множестве отраслях: медицине, микроэлектронике, катализе, плазмонике, при создании различных конструкционных материалов и т.д. Известно, что управлять термодинамическими, оптическими, каталитическими и бактерицидными свойствами наночастиц Ag можно посредством изменения их размера, формы и внутренней структуры. При этом наиболее устойчивыми являются кластерные конфигурации, отвечающие определенным «магическим» структурным и электронным числам. В данной работе путем компьютерного моделирования с использованием метода молекулярной динамики и модифицированного потенциала сильной связи TB-SMA исследуются вопросы термической стабильности малых нанокластеров серебра (диаметрами менее 2 нм) для частиц, отвечающих некоторым «магическим» числам ГЦК, ГПУ, Ih и Dh структур с начальной аморфной морфологией. Результаты моделирования сравниваются с ранее полученными данными для аналогичного ансамбля частиц с начальной ГЦК модификацией. Показано, что по характер термически индуцированных структурных переходов исследуемых нанокластеров резко отличается от ранее наблюдаемого: отсутствуют ГЦК и ГПУ структуры на фоне преобладания Ih конфигураций. При этом данные нанокластеры Ag можно условно разбить на две группы в зависимости от их размера: с N < 100 атомов и N > 100 атомов. Для первых характерно сохранение аморфной морфологии, для вторых – переход к икосаэдрическим и, реже, к декаэдрическим модификациям. Причем, влияние «магических» чисел в большей степени прослеживается для частиц Ag с N < 100 атомов.