Stability, surface features, and atom leaching of palladium nanoparticles: toward prediction of catalytic functionality

文献情報

出版日 2013-03-04
DOI 10.1039/C3CP00135K
インパクトファクター 3.676
著者

Hadi Ramezani-Dakhel, Peter A. Mirau, Rajesh R. Naik, Marc R. Knecht, Hendrik Heinz


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要旨

Surfactant-stabilized metal nanoparticles have shown promise as catalysts although specific surface features and their influence on catalytic performance have not been well understood. We quantify the thermodynamic stability, the facet composition of the surface, and distinct atom types that affect rates of atom leaching for a series of twenty near-spherical Pd nanoparticles of 1.8 to 3.1 nm size using computational models. Cohesive energies indicate higher stability of certain particles that feature an approximate 60/20/20 ratio of {111}, {100}, and {110} facets while less stable particles exhibit widely variable facet composition. Unique patterns of atom types on the surface cause apparent differences in binding energies and changes in reactivity. Estimates of the relative rate of atom leaching as a function of particle size were obtained by the summation of Boltzmann-weighted binding energies over all surface atoms. Computed leaching rates are in good qualitative correlation with the measured catalytic activity of peptide-stabilized Pd nanoparticles of the same shape and size in Stille coupling reactions. The agreement supports rate-controlling contributions by atom leaching in the presence of reactive substrates. The computational approach provides a pathway to estimate the catalytic activity of metal nanostructures of engineered shape and size, and possible further refinements are described.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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