Студопедия — Поверхностные состояния
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Поверхностные состояния






Увеличение доли атомов, находящихся в поверхностных состояниях, приводит к:

- увеличению реакционной способности нанокластеров,

- росту аморфизации структуры,

- увеличению потенциальной энергии системы,

- увеличению скорости диффузии,

- увеличению вклада поверхностных слоев в теплоемкость, спектр колебаний электронов, электро- и теплопроводность.

 

Высокая каталитическая активность наночастиц

Как известно, катализаторы позволяют проводить химические реакции более эффективно, с большей скоростью и при более низких температурах. В качестве катализаторов обычно применяют малые частицы металлов или сплавов, расположенные изолированно на подложке с развитой поверхностью.

Высокая каталитическая активность наночастиц обусловлена, в частности, следующими причинами:

- большой долей атомов наночастиц, находящихся на поверхности и имеющих возможность взаимодействовать с внешней средой;

- высокой концентрацией реакционно активных мест (так, в случае золота реакционно активными местами для развития каталитических реакций являются вершины и ребра наночастиц, а в случае платины – грани наночастиц);

- соответствием разницы между энергетическими уровнями электронов в металлических нанокластерах, имеющих размер порядка 2 нм, тепловой энергии kT при Т ~300К;

- электронным эффектом, заключающимся в изменении электронной конфигурации атомов, находящихся на поверхности частиц, по сравнению с внутренними атомами.

 

Зависимость температуры плавления металлических нанокластеров от их размера.

Равновесие данного фазового состояния (газообразного, жидкого, твердого) системы частиц, например, атомов, оценивается исходя из стремления к минимуму свободной энергии, в частности, свободной энергии Гиббса G.

Температуру плавления отдельных кристаллических нанокластеров определяют как температуру, при которой частицы одинакового состава и массы, находящиеся как в жидком, так и в твердом состоянии имеют одинаковую величину G.

В случае перехода нанокластера сферической формы радиуса R из твердого в жидкое состояние происходит изменение свободной энергии D G

D G = D Gv 4p R 3rт/3 + Dg4p R 2,

где D Gv – молярное изменение свободной энергии при плавлении, rт молярная плотность твердого материала, Dg – разница удельных поверхностных энергий жидкого и твердого состояний.

Изменение энергии D Gv 4p R 3rт/3 возникает за счет плавления нанокластера данного объема, а Dg4p R 2 соответствует разнице поверхностной энергии жидкого и твердого нанокластеров.

Плавление нанокластеров ниже температуры плавления Т пл тела макроразмеров сопровождается увеличением Gv (+D Gv)и уменьшением g (- Dg). Отсюда

D G = DGv4p R 3rт/3 - Dg4p R 2

В этом случае графическая зависимость D Gv, Dg s и D G от R имеет вид (рис. 1.5)

 

Рис. 1.5. Изменение свободной энергии нанокластера при увеличении его размера

Из анализа соотношения для D G и кривой D G от R следует, что равенство свободных энергий (D G = 0) наступает при некотором размере кластера R кр

R кр = 3Dg/rтD Gv

Если R меньше R кр, то нанокластер находится в жидком состоянии, если больше R кр то в твердом.

Так как при переходе из твердого в жидкое состояние происходит увеличение объема D V металлического нанокластера, то можно принять, что D Gv соответствует работе по изменению объема кластера D V и связанным с этим изменением давления D p

D Gv ≈ D V D p

Используя известное из молекулярной физики уравнение Клайперона-Клаузиуса для фазового перехода можно записать

D V ∙D p = Q плD Т /Т пл,

тогда

D Gv = Q плD Т /Т пл,

где D Т – разница температур плавления массивного материала и нанокластера радиуса R кр.

В результате

R кр =3Dg/(rт Q плD Т/ Т пл)

Отсюда следует, что температура плавления нанокластера Т(R) = Т пл - D Т зависит от его размера (рис. 1.6-)

Т(R) = Т пл (1 – 3Dg/(rт Q пл R кр))

 

Рис. 1.6. Зависимость температуры плавления нанокластера Т(R) от его размера.

 







Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 614. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Хронометражно-табличная методика определения суточного расхода энергии студента Цель: познакомиться с хронометражно-табличным методом опреде­ления суточного расхода энергии...

ОЧАГОВЫЕ ТЕНИ В ЛЕГКОМ Очаговыми легочными инфильтратами проявляют себя различные по этиологии заболевания, в основе которых лежит бронхо-нодулярный процесс, который при рентгенологическом исследовании дает очагового характера тень, размерами не более 1 см в диаметре...

Примеры решения типовых задач. Пример 1.Степень диссоциации уксусной кислоты в 0,1 М растворе равна 1,32∙10-2   Пример 1.Степень диссоциации уксусной кислоты в 0,1 М растворе равна 1,32∙10-2. Найдите константу диссоциации кислоты и значение рК. Решение. Подставим данные задачи в уравнение закона разбавления К = a2См/(1 –a) =...

Устройство рабочих органов мясорубки Независимо от марки мясорубки и её технических характеристик, все они имеют принципиально одинаковые устройства...

Ведение учета результатов боевой подготовки в роте и во взводе Содержание журнала учета боевой подготовки во взводе. Учет результатов боевой подготовки - есть отражение количественных и качественных показателей выполнения планов подготовки соединений...

Сравнительно-исторический метод в языкознании сравнительно-исторический метод в языкознании является одним из основных и представляет собой совокупность приёмов...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.009 сек.) русская версия | украинская версия