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 Miniscule Mirrored Cavities Connect Quantum Memories
24.06.2015 | Department of Energy, Office of Science

nachricht SASER-Siegfried – Record-breaking Transmission Field Trial
24.06.2015 | EURESCOM European institute for research and strategic studies in telecommunications

All articles from Information Technology >>>

The most recent press releases about innovation >>>

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

Im Focus: Forschungsschiff Heincke seit 25 Jahren im Dienst der Wissenschaft

Ein Vierteljahrhundert alt, über 900.000 Kilometer (488.842 nautische Meilen) gefahren und trotzdem auf dem neuesten wissenschaftlichen und technischen Stand: Die Indienststellung des Forschungsschiffes Heincke jährt sich am 8. Juli 2015 zum 25. Mal.

Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), das die Heincke betreibt, nehmen ebenso regelmäßig an...

Im Focus: Solardächer produzieren Strom für Fahrzeuge

Studentische Industriekooperation zwischen HAW Hamburg und Webasto erarbeitet Ergebnisse für EU-Zertifizierungsprozess von Solardächern zur Verbesserung der Öko-Bilanz von Fahrzeugen.

Unter der Leitung von Dr.-Ing. Volker Skwarek, Professor für technische Informatik an der HAW Hamburg, erarbeiteten sechs Studierende des...

Im Focus: Viaducts with wind turbines, the new renewable energy source

Wind turbines could be installed under some of the biggest bridges on the road network to produce electricity. So it is confirmed by calculations carried out by a European researchers team, that have taken a viaduct in the Canary Islands as a reference. This concept could be applied in heavily built-up territories or natural areas with new constructions limitations.

The Juncal Viaduct, in Gran Canaria, has served as a reference for Spanish and British researchers to verify that the wind blowing between the pillars on this...

Im Focus: Aus alt mach neu - Rohstoffquelle Elektroschrott

Der Markt für Unterhaltungselektronik boomt: Rund 60 Millionen Fernsehgeräte wurden im letzten Jahr in Europa verkauft. Früher oder später werden sie zurückkehren – als Elektroschrott.

Die Recycling-Industrie hat darauf reagiert: Kupfer, Aluminium, Eisen- und Edelmetalle sowie ausgewählte Kunststoffe werden bereits wiederverwertet. Allerdings...

Im Focus: Radar schützt vor Weltraummüll

Die Bedrohung im All durch Weltraummüll ist groß. Aktive Satelliten und Raumfahrzeuge können beschädigt oder zerstört werden. Ein neues, nationales Weltraumüberwachungssystem soll ab 2018 vor Gefahren im Orbit schützen. Fraunhofer-Forscher entwickeln das Radar im Auftrag des DLR Raumfahrtmanagement.

Die »Verkehrssituation« im All ist angespannt: Neben unzähligen Satelliten umkreisen Weltraumtrümmer wie beispielsweise ausgebrannte Raketenstufen und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Flurförderzeuge im Zeichen der Zeit

03.07.2015 | Veranstaltungen

Aktuelles aus Forschung und Betrieb: 27. Deutscher Flammentag

02.07.2015 | Veranstaltungen

Call for ideas: Gute Ideen für bessere Städte

02.07.2015 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Siemens erhält Auftrag für Offshore-Windkraftwerk in Großbritannien

03.07.2015 | Unternehmensmeldung

Flurförderzeuge im Zeichen der Zeit

03.07.2015 | Veranstaltungsnachrichten

Kompakter Time Converter für zuverlässigen Einsatz in rauen Umgebungen

03.07.2015 | Energie und Elektrotechnik