Global optimization of Pt-Cu clusters using a genetic algorithm and density functional theory
Pt-Cu atom topaklarının genetik algoritma ve yoğunluk fonksiyonel teorisi ile global optimizasyonu
- Tez No: 473034
- Danışmanlar: PROF. DR. CAN ERKEY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Bu çalışmada Pt, Cu ve PtCu sistemlerinin 2 ila 40 atom aralığında değişen küçük ölçekte kümelerinin sahip olduğu en düşük enerjili morfolojilerin bulunması çalışılmıştır. Yapıların optimizasyonu için yarı-ampirik olan Gupta potansiyeli temel alınmış ve MATLAB ortamında geliştirilen Genetik Algoritma ile çözümlenmiştir. En düşük enerjili yapıların bulunabilmesi için GA çözümlemesinde işlem 2 ila 20 atom aralığı için 200, 20 ila 40 atom aralığı için 400 defa yapılmıştır. Elde edilen yapıların enerjik ve yapısal analizleri yapıldığında, optimize edilen her yapının enerjik olarak durağan ve minimum enerji yayma durumunda olduğu tespit edilmiştir. Optimize edilen yapılar incelendiğinde saf Pt ve Cu yapılarının simetrik ve düzenli, ikili PtCu yapılarının ise 20 atomdan sonra ideal düzenli yapıdan uzaklaştığı görülmüştür. Hem saf hem de ikili Pt-Cu sistemi için, 38 atomdan oluşan yapının tepesi kesik sekiz yüzlü olduğu belirlenmiştir. Ek olarak, sistemlerin katalitik aktivite ve adsorpsiyon özelliklerini atomistik seviyede incelemek amacıyla ayrı ayrı hidrojen ve moleküler OH adsorpsiyonu incelenmiştir. Adsorpsiyon çalışması Pt10, Cu10 ve Pt3Cu7 yapıları üzerinde yapılmıştır. H ve OH ile beraber metal sistemlerin yükleri sırasıyla nötr, anyonik ve katyonik durumlarda incelenmiştir. Nötr yük halinin, H ve OH adsorpsiyonu için en uygun olduğu bulunmuştur. Bununla beraber, hem Pt hem de Cu atomunun farklı noktalarına (tepe, köprü ve çukur) adsorpsiyon uygulanmıştır. Saf sistemlerde, hidrojen atomu için adsorpsiyon enerjisinin minimum olduğu durum Pt atomunun tepe bölgesinden iken Cu için köprü pozisyonudur. İkili sistemlerde ise hidrojen atomu Pt atomunun çukur bölgesinden, Cu atomuna göre daha kuvvetle bağlanmaktadır.
Özet (Çeviri)
The atomic arrangements and structures of monometallic Pt and Cu clusters and bimetallic PtCu clusters composed of 2-40 atoms were determined using a genetic algorithm (GA) with multiple runs between 100 and 400. GA was designed associated with the Gupta potential energy with the aim to define atomic interactions within cluster regime. The algorithm was developed and implemented in MATLAB [1] environment. After a large number of GA runs on Pt, Cu and PtCu clusters, the algorithm successfully found the minimum energy structures. To improve our understanding of the structural and energetic properties of the mono- and bimetallic Pt-Cu clusters, a wide range of energetic and structural properties (i.e., excess, binding energy and second difference in energy, effective coordination number, average weighted bond length, and second order parameter) were calculated. Energetic analysis provide strong evidence that the lowest energy structures of Pt, Cu and PtCu clusters were stable and energetically favorable. The optimum structures for every size of Pt and Cu clusters were symmetric, regular and mainly based on icosahedron structures while PtCu clusters above 20 atoms were distorted. The lowest energy structures of PtCu clusters were found as mixed distorted icosahedrons with Pt segregation in core region whereas Cu atoms were located on the surface. Remarkably, 38 atoms of Pt, Cu and PtCu alloy clusters tend to be perfect truncated octahedron which was the similar face centered cubic packing as in bulk Pt and Cu. Further, global optimization of each composition of 10 atoms of PtCu clusters were carried out with DFT approach using Gaussian 09. Energetically the lowest energy composition was obtained as Pt3Cu7. Hydrogen and OH adsorption was studied to investigate how hydrogen interacts with Pt−Cu clusters for improving our understanding of the factors determining the reactivity. Hydrogen and OH adsorption energy and adsorption properties were found in the different charge states and in different adsorption sites as top, bridge and hollow of Pt10, Cu10 and Pt3Cu7 clusters. More negative adsorption energy indicates the stronger the adsorption since the adsorption energy measures the magnitude of the binding energy of the species to the cluster. Based on our calculations, the lowest energy structures for H and OH adsorbed on Pt3Cu7 cluster were reached in the neutral state. The most favorable adsorption site of hydrogen was found as the top site for Pt10 and bridge site for Cu10 cluster. For the case of bimetallic Pt3Cu7 cluster, the hollow site are more favorable for hydrogen adsorption but Pt-hollow site is more energetically favorable. This result indicates that H atoms show a preference for Pt atoms rather than Cu in Pt3Cu7 cluster.
Benzer Tezler
- Co-Pt-Ag üçlü metal nanoalaşımlarının yapısal özelliklerinin simülasyon yöntemiyle incelenmesi
Investigation of structural properties of Co-Pt-Ag ternary nanoalloys with simulation method
VOLKAN KEÇELİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYDAR ARSLAN
- Learning of interval Type-2 fuzzy logic systems using big bang – big crunch optimization
Aralık değerli Tip-2 bulanık sistemlerin büyük patlama – büyük çöküş optimizasyonuyla eğitilmesi
CİHAN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ENGİN YEŞİL
- Metal organic framework (MOF) based electrocatalytic hydrogen production
Metal organik çerçeve (MOF) bazlı elektrokatalitik hidrojen üretimi
KİNDA JOUNA VETTİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimya MühendisliğiMarmara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATIF KOCA
- AB-initio modelling of oxygen reduction reaction on doped graphene surface in acidic media
Katkılanmış grafen yüzey üzerindeki oksijen indirgenmereaksiyonunun asidik ortamda AB-initio modellenmesi
HASAN OZAN AVCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADEM TEKİN
- Global optimizasyon metodu kullanılarak bir doğru akım motorunun hız konrolunun gerçekleştirilmesi
Speed control of a DC motor with global optimization method
OGÜN TIĞLI
Yüksek Lisans
Türkçe
1990
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. İBRAHİM EKSİN