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: 613. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Случайной величины Плотностью распределения вероятностей непрерывной случайной величины Х называют функцию f(x) – первую производную от функции распределения F(x): Понятие плотность распределения вероятностей случайной величины Х для дискретной величины неприменима...

Схема рефлекторной дуги условного слюноотделительного рефлекса При неоднократном сочетании действия предупреждающего сигнала и безусловного пищевого раздражителя формируются...

Уравнение волны. Уравнение плоской гармонической волны. Волновое уравнение. Уравнение сферической волны Уравнением упругой волны называют функцию , которая определяет смещение любой частицы среды с координатами относительно своего положения равновесия в произвольный момент времени t...

Влияние первой русской революции 1905-1907 гг. на Казахстан. Революция в России (1905-1907 гг.), дала первый толчок политическому пробуждению трудящихся Казахстана, развитию национально-освободительного рабочего движения против гнета. В Казахстане, находившемся далеко от политических центров Российской империи...

Виды сухожильных швов После выделения культи сухожилия и эвакуации гематомы приступают к восстановлению целостности сухожилия...

КОНСТРУКЦИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ВАГОНА Тип колёсной пары определяется типом оси и диаметром колес. Согласно ГОСТ 4835-2006* устанавливаются типы колесных пар для грузовых вагонов с осями РУ1Ш и РВ2Ш и колесами диаметром по кругу катания 957 мм. Номинальный диаметр колеса – 950 мм...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия