Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nanoparticles: When less is more in predicting performance

09.11.2012
A computational approach that makes processor-intensive first-principle calculations more manageable is now available to predict the structure of nano-alloy catalysts

Nanoparticles can be potent catalysts. Bimetallic nano-alloys of platinum and palladium, for example, can help to generate hydrogen fuel by promoting the electrochemical breakdown of water.

Identifying the most active nano-alloy for such a task, however, remains a challenge; catalytic performance relates directly to particle structure, and experiments to establish the atomic arrangement of such small particles are difficult to perform. Predicting stable nano-alloy structures is now possible using a computational approach developed by Teck Leong Tan at the A*STAR Institute of High Performance Computing and his co-workers1.

Their technique can also identify ways in which the nanoparticle’s atomic structure could be tuned to improve catalytic performance.

The challenge with calculating nano-alloy structure and properties from first principles is the computational processing power it requires, says Tan. For their study, he and his co-workers considered a 55-atom nano-alloy particle, each site in the structure filled by either a palladium or a platinum atom. “There are millions of possible alloy configurations, so it would be computationally intractable to do a direct search using first-principles calculations,” Tan explains.

To make the process manageable, the researchers conceptually broke the nanoparticle down into small geometric subunits, or clusters. From first principle calculations on a set of around 100 different alloy structures, each consisting of 30 or so clusters, they generated a reliable model of alloy behavior using an approach called cluster expansion. From this model, they calculated whole-nanoparticle properties. “The model is used to rapidly search through the huge configuration space for low-energy states,” says Tan. These low-energy states represent the stable alloy configurations that should exist experimentally (see image).

Using their calculated stable structures, Tan and his co-workers then predicted how different atomic conformations affect a particle’s performance as a catalyst. As a model reaction, the researchers examined the hydrogen evolution reaction, the electrochemical generation of hydrogen gas. The results suggest that particle catalytic activity will increase as more palladium is added, because this alloy improves hydrogen binding at various adsorption sites on the nanoparticle surface — useful information for guiding the synthesis of new nanocatalysts.

The approach should be widely applicable for nanoparticle research, notes Tan. “The cluster expansion method can generally be applied to any alloy systems where structures and stabilities are of interest,” he says. Tan next plans to investigate the impact of molecules adsorbed onto a catalyst’s surface. “The presence of adsorbed molecules often leads to changes in alloy structures, thereby altering catalytic performance,” he says.

The A*STAR-affiliated researchers contributing to this research are from the Institute of High Performance Computing
Associated links
http://www.research.a-star.edu.sg/research/6581
Journal information
Tan, T. L., Wang, L. -L., Johnson, D. D. & Bai, K. A comprehensive search for stable Pt−Pd nanoalloy configurations and their use as tunable catalysts. Nano Letters 12, 4875–4880 (2012)

A*STAR Research | Research asia research news
Further information:
http://www.research.a-star.edu.sg/research/6581
http://www.researchsea.com

More articles from Information Technology:

nachricht A New Kind of Wood Chip: Collaboration Could Yield Biodegradable Computer Chips
28.05.2015 | University of Wisconsin-Madison

nachricht New transregional special research field at the universities of Stuttgart and Constance
28.05.2015 | Universität Stuttgart

All articles from Information Technology >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wie Solarzellen helfen, Knochenbrüche zu finden

FAU-Forscher verwenden neues Material für Röntgendetektoren

Nicht um Sonnenlicht geht es ihnen, sondern um Röntgenstrahlen: Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben zusammen mit...

Im Focus: Festkörper-Photonik ermöglicht extrem kurzwellige UV-Strahlung

Mit ultrakurzen Laserpulsen haben Wissenschaftler aus dem Labor für Attosekundenphysik in dünnen dielektrischen Schichten EUV-Strahlung erzeugt und die zugrunde liegenden Mechanismen untersucht.

Das Jahr 1961, die Erfindung des Lasers lag erst kurz zurück, markierte den Beginn der nichtlinearen Optik und Photonik. Denn erstmals war es Wissenschaftlern...

Im Focus: Solid-state photonics goes extreme ultraviolet

Using ultrashort laser pulses, scientists in Max Planck Institute of Quantum Optics have demonstrated the emission of extreme ultraviolet radiation from thin dielectric films and have investigated the underlying mechanisms.

In 1961, only shortly after the invention of the first laser, scientists exposed silicon dioxide crystals (also known as quartz) to an intense ruby laser to...

Im Focus: Szenario 2050: Ein Wurmloch in Big Apple

Andy ist Physiker und wohnt in New York. Obwohl er schon seit fünf Jahren im Big Apple arbeitet, ist ihm die Stadt immer noch fremd – zu laut, zu hektisch, zu schmutzig. Wie soll das in Zukunft weitergehen? Die Antwort erfährt er prompt – und am eigenen Leib.

„New York – die Stadt, die niemals schläft.“ Lieber Franky Boy Sinatra, ich bin ganz bei Dir. Schon 1977 hattest du mit deinem Song ganz recht. Einen wichtigen...

Im Focus: Auf der Suche nach Leben in ausserirdischen Ozeanen

Grosse Ehre für Nicolas Thomas von der Universität Bern: Der Forscher wurde zum Mitglied des Kamerateams der NASA-Mission «Europa Clipper» ernannt. Mit ihrer Hilfe soll die Frage beantwortet werden, ob es in den Ozeanen des Jupiter-Mondes «Europa» Leben gibt.

Gibt es Leben im All? Antworten auf diese Frage erhofft sich die US-Weltraumbehörde NASA von der Mission «Europa Clipper». Das Ziel der in der Planungsphase...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

13. Koblenzer eLearning Tage

28.05.2015 | Veranstaltungen

Tour Eucor 2015: mehr als 700 Kilometer durch drei Länder

28.05.2015 | Veranstaltungen

Deutsches Klima-Konsortium zu den Perspektiven für die Klimaforschung bis 2025

28.05.2015 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Siemens erstmals erfolgreich mit H-Klasse-Gasturbinen in Mexiko

28.05.2015 | Unternehmensmeldung

Daimler hat die größte CAD-Software Umstellung der letzten Jahrzehnte erfolgreich abgeschlossen

28.05.2015 | Unternehmensmeldung

Zwei Hormone für den Pollen

28.05.2015 | Biowissenschaften Chemie