Заседание семинара "Высокопроизводительные вычисления" 01.04.2021 в 11-00. "Малые кластеры серебра закрепленные на оксидах кремния и церия. Квантово-механическое исследование методами внедренного кластера и периодической супер ячейки", Шор Алексей Маркович

В докладе рассматривается взаимодействие малых кластеров серебра Agn (n<10) с поверхностью оксидов кремния и церия. SiO2 явлется ковалентным оксидом,характеризующимся высокой химической энертностью и термической стабильностью. В качестве центров адсорбции рассматривались парамагнитные дефекты поверхности, а именно, немостиковый кислород (NBO) и координационно ненасыщенный атом кремния (Е'). Адсорбция на данных центрах ведет к образованию сильной ковалентной связи Ag-O или Ag-Si и окислению кластеров серебра до состояния Agn+. Как результат, кластеры серебра (Ag3, Ag4 и Ag7) воспроизводят структурные, электронные и химические характеристики свободных катионных кластеров. Схожесть характеристик адсорбированных и свободных катионных кластеров демонстрируется на примере их взаимодействия с молекулярным кислородом. Показано, что адсорбированные на поверхности SiO2 кластеры серебра обладают низкой способностью диссоциировать О2. В отличии от SiO2, оксид церия демонстрирует высокую химическую активность, определяемую прежде всего его окислительно-восстановительными свойствами. Была изучена адсорбция атома серебра и кластеров Ag3 и Ag4 на гранях {100} и {111} наноразмерного кластера СеО2, моделируемого частицей Се21О42. Показана предпочтительность адсорбции кластеров серебра на грани {100}, при этом энергия адсорбции растет в ряду Ag1 < Ag3 < Ag4. Адсорбция на СеО2 ведет к окислению частиц серебра до окислительного состояния 1+ (Ag1, Ag3) и 2+ (Ag4) и, частичному восстановлению оксидной подложки - образование Се3+ центров. Изучение стабильности адсорбированных частиц показывает предпочтительность существования на грани {100} отдельных атомов серебра, тогда как на грани {111} атомы Ag склонны к образованию кластеров. Расчеты выполнялись в рамках метода функционала плотности в периодических граничных условиях (СеО2) и с помощью гибридного КМ/ММ метода covEPE. Детали последнего представлены в докладе.