Démonstration de CElocal comme descripteur de l'énergie d'adsorption. (A) Le BE de CO sur différents sites de NPs Au en fonction de CElocal :cube de 172 atomes (rectangles), icosaèdre de 147 atomes (hexagones), et cuboctaèdre de 147 atomes (losange). Carte thermique de différents sites sur les NPs par rapport à leur BE de CO (B à D) et à leur CElocal (E à G). Le schéma de couleurs suit la gamme de la liaison de CO la plus forte au CElocal le plus faible (violet) et de la liaison la plus faible au CElocal le plus fort (rouge). Crédit: Avancées scientifiques (2019). DOI :10.1126/sciadv.aax5101
Les nanoparticules métalliques ont un large éventail d'applications, de la médecine à la catalyse, de l'énergie à l'environnement. Mais les principes fondamentaux de l'adsorption - le processus permettant aux molécules de se lier sous forme de couche à une surface solide - en relation avec les caractéristiques de la nanoparticule restaient à découvrir.
Une nouvelle recherche de la Swanson School of Engineering de l'Université de Pittsburgh présente le premier modèle d'adsorption universel qui tient compte des caractéristiques structurelles détaillées des nanoparticules, composition métallique et différents adsorbats, permettant non seulement de prédire le comportement d'adsorption sur n'importe quelles nanoparticules métalliques mais aussi de cribler leur stabilité, également.
La recherche combine la modélisation de la chimie computationnelle avec l'apprentissage automatique pour s'adapter à un grand nombre de données et prédire avec précision les tendances d'adsorption sur les nanoparticules qui n'avaient pas été vues auparavant. En reliant l'adsorption à la stabilité des nanoparticules, Les nanoparticules peuvent désormais être optimisées en termes d'accessibilité synthétique et de comportement des propriétés d'application. Cette amélioration accélérera considérablement la conception des nanomatériaux et évitera l'expérimentation par essais et erreurs en laboratoire.
"Ce modèle a le potentiel d'avoir un impact sur divers domaines de la nanotechnologie avec des applications en catalyse, capteurs, séparations et même délivrance de médicaments, " dit Giannis (Yanni) Mpourmpakis, Bicentennial Alumni Faculty Fellow de la Swanson School et professeur agrégé de génie chimique et pétrolier, dont le laboratoire CANELa a mené la recherche. "Notre laboratoire, ainsi que d'autres groupes, ont effectué des études informatiques antérieures qui décrivent l'adsorption sur les métaux, mais c'est le premier modèle universel qui tient compte de la taille des nanoparticules, forme, composition métallique et type d'adsorbat. C'est aussi le premier modèle qui connecte directement une propriété d'application, comme l'adsorption et la catalyse, avec la stabilité des nanoparticules."
