科学讲座2（2022）100006应用表面科学现象伊恩·格雷戈里·沙特尔沃思诺丁汉特伦特大学科学与技术学院，诺丁汉NG11 8NS，英国A R T I C L E I N F O A B S T R A C T保留字：应变工程纳米颗粒表面理论技术力场方法密度泛函理论现代应用表面科学提供了丰富的计算可访问的路线来描述重要的和不太重要的表面现象。一般来说，这些通常涉及到支持的系统，具有薄膜组件或扩展。 在响应计算技术已经发展到提供洞察表面现象的环境中，这是可访问的，并感兴趣的，实验科学家。在对应用表面科学界产生重大兴趣之后，本次演讲将重点关注核壳纳米颗粒周围的现象，这些现象已被证明具有增强的催化活性。在这些反应中使用的纳米颗粒由覆盖有纯金属壳的合金核组成，因此在纯金属和合金之间将存在外延失配。这种不匹配已经在广泛的薄膜和核-壳研究中产生，通常-无论是有意还是无意-这些系统的研究都集中在这种不匹配的后果上。本演示将突出现代应用表面科学可用的不同计算方法的范围，并旨在突出更重要的长度尺度-通过选定的本文的视频可以在https://doi.org/10.1016/j.sctalk.2022.100006。通讯作者。电子邮件地址：ian. ntu.ac.uk。h tt p：//dx. 多岛或g/10。1016/j。我的天啊。20 22. 1 00 00 6接收于2022年2月15日;接受于2022年2月16日27 7 2 - 56 93/©2022TheA ut h or r. 由El sevieL td发布。 这是一个在C CB Y-NC-NDL ic en s e（http：//c re ati ve c o m on s）下的操作。or g/lic ens es/by-nc-n d/4。0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表科学讲座杂志首页：www.elsevier.es/sctalkI.G. Shuttleworth科学讲座2（2022）1000062图和表图1.一、一个时间和长度尺度的建模方法的总结采取了一系列的长度尺度。[1]《易经》中的“易”字是指“易”字。图二. 示意图显示（a）核-壳、（b）分离、（c）混合和（d）3-壳簇。经许可转载[2]。版权所有2008年美国化学学会。I.G. Shuttleworth科学讲座2（2022）100006图3.第三章。Au/TiO2的透射电子显微镜（TEM）图像。改编自[3]，版权所有（1993），经Elsevier许可图四、显示块状材料、纳米颗粒、团簇和原子的电子结构发展的示意图。[4]转载请注明出处版权所有2014日本化学会。图五、 示意图显示了与平衡（零应变）情况（中心）相比，Pt（111）的能带结构在经历压缩（左手侧）和拉伸（右手侧）应变时如何变化。在压缩的情况下，灰色Pt原子生长在晶格常数低于Pt的蓝色原子的晶格上;在这种情况下，表面Pt层的态密度变得更加离域。 在拉伸的情况下，灰色Pt原子生长在晶格常数大于Pt的绿色原子的晶格上。在这种情况下，态密度变得更加局域化和原子样。I.G. Shuttleworth科学讲座2（2022）1000064图六、应变随Pt-Ni衬底上生长的Pt壳原子厚度的发展。对于薄的Pt壳层，Pt壳和合金之间的晶格失配导致壳的相对大的应变这种应变随着壳层变厚而减小[5]经许可改编版权所有2016年美国化学学会图7.第一次会议。H/Pt（111）的氢结合能E随应变σ的变化。图例显示H结合位置。改编自[6]，版权所有（2017），经Elsevier许可I.G. Shuttleworth科学讲座2（2022）1000065图8.第八条。OH/Pt（111）的（a）O_xygen和（b）OH结合能随应变σ的变化。图例显示OH结合位置。经许可，转载自[7]。I.G. Shuttleworth科学讲座2（2022）1000066图9.第九条。在暴露于氧气和水之前，负载核-壳纳米颗粒。[8]转载请注明出处版权所有2011年美国化学学会。图10个。图（a）显示了一只托凯壁虎在玻璃上，脚趾垫可见。趾垫的细节显示（b）薄片，（c）形成薄片的刚毛，和（d）抹刀或分枝刚毛的扁平的尖端经许可，已转载[9]。I.G. Shuttleworth科学讲座2（2022）1000067图十一岁 图（a-1）至图（a-5）概述了在壁虎脚垫和基底之间产生的电荷大小和粘附力的测量。在（a-1）中，壁虎的脚靠近一个垂直排列的薄膜，在（a-2）中接触在（a-3）中，脚被向下拖动，然后脚被拉起（a-4）并分离（a-5）（经[10]的许可改编）。图12个。壁虎趾垫与Te Alloon AF和PDMS薄膜接触的总横向粘附强度F t和法向静电粘附强度F elc（经[10]许可复制）。图13岁理想的体封端是（a）SiO2（0001），（b）Na2O（001）和（c）CaO（001）表面. 这些表面用于模拟壁虎和钠钙玻璃之间的相互作用在（a-c）中，氧原子显示为红色球体，并且Si、Na和Ca原子分别显示为暗橙色、紫色和绿色原子（d）显示了单个PTFE股，这些股的簇用于模拟壁虎和聚合物之间的相互作用在（d）中，C和F原子分别用暗绿色和浅绿色原子表示”[11]《礼记》云：“礼者，礼也。I.G. Shuttleworth科学讲座2（2022）1000068图十四岁（a）甘氨酸，和（b）半胱氨酸分子。这些分子被用于鉴定壁虎上皮层的β-角蛋白片层，所述壁虎上皮层”[11]《礼记》云：“礼者，礼也。图十五岁半胱氨酸和甘氨酸每分子对玻璃表面的粘附能的总结。这些模拟近似了壁虎上皮层的β-角蛋白片层与玻璃之间的相互作用 使用非色散和范德华校正的密度泛函理论计算的能量，并表明，大部分的相互作用能量来自永久电荷转移，而不是色散相互作用。”[11]《礼记》云：“礼者，礼也。表1甘氨酸和半胱氨酸吸附到SiO2、Na2 O、CaO的（111）、（110）和（100）表面以及PTFE（CF2）n的平均表面结合能（eV）总结。使用非色散和色散校正DFT计算能量在后一种情况下，使用Grimme-D2和vdW-DF校正包括色散每对括号中连字符左侧和右侧的百分比是使用和不使用范德华校正计算的结合能之间的分数差，并且使用Grimme-D2（左）和vdW-DF（右）校正获得。[11]经许可改编基板吸附物甘氨酸半胱氨酸的sio2（一百一十一）−7.03（0.37−9.35（0.43（未终止）（100）−20.04（0.37−13.82（0.45（110）−14.30（0.34−8.17（0.41的sio2（一百一十一）−8.61（0.21−10.94（0.31（已终止）（100）−19.05（0.22−11.96（0.28（110）−13.64（0.22−5.23（0.32Na2 O（一百一十一）−16.47（0.20−23.84（0.22（100）−11.82（0.18−25.05（0.21（110）−5.31（0.21−17.57（0.21曹（一百一十一）−28.44（0.31−27.16（0.33（100）−17.77（0.33−21.95（0.34（110）−12.52（0.33−16.58（0.34PTFE–−1.85（0.17−1.12（0.16I.G. Shuttleworth科学讲座2（2022）1000069CRediT作者声明Ian Shuttleworth：概念化、方法论、软件、验证、形式分析、调查、数据管理、写作-原始设计/评审编辑、Visualizatin、预处理和数据挖掘、基础采集致谢这项工作得到了作者作为英国HEC M a t er i a l s C h e m i s t ry Co n s o r t u m成员的支持，该C o n s o r t u m由E P S R C（E P /L000202 ） 创 立 ， 并 使 用 了 ARCHER UK National SupercomputingService（h t t p：/ /w w w. a rc he r. 梭uk）。申报利益作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。引用[1] A.I. 瓦基斯，弗吉尼亚州。Yastrebov，J.沙伊贝尔湖Nicola，D.迪尼角Minfray，A.Almqvist，M.Paggi，S.李，G. Limbert，J.F.莫利纳里湾安西奥河Aghababaei，S.Echeverri Restrepo，A. Papangelo，A. Cammarata，P. Nicolini，C.普蒂尼亚诺湾卡博恩，S。Stupkiewicz，J. Lengiewicz，G. Costagliola，F.博西亚河新墨西哥州瓜里诺Pugno，M.H.米塞尔湾Ciavarella，跨尺度摩擦学建模与仿真：概述，T ri bo l。 内部 125（20 18）169- 19 9，h t t p s：/ / d o i. 或g/10。1016/j。是的。201802. 005。[2] R. Ferrando，J.Jellinek，R.L.纳米合金：从理论到合金的应用簇 和 纳 米 颗 粒 ， Chem.Rev.108 （ 3 ） （ 2008 ） 845https://doi.org/10 。1021/cr040090g。[3]M. Haruta，S.津博塔T.小林H.影山，M.J.热内湾王文，金催化剂上CO的低温氧化，化学工业学报，1993，（4）：https://doi.org/10.1006/jcat.1993.1322[4]A. Taketoshi，M. 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So c。 In ter fa ce11（20 14）20 14 0 3 71，ht tps：//do i. o rg/10.1098/rsif.2014.0371。[11] I.G. Shuttleworth，关于壁虎粘附中范德华相互作用的作用：DFT观点，结果材料。6（2020）100080，https://doi.org/10.1016/j.rinma.2020。一百零八十。伊恩·格雷戈里·沙特尔沃思的职业生涯始于剑桥大学卡文迪什实验室的表面物理学博士学位。他曾在诺丁汉大学和罗格斯大学担任博士后职务，然后接受诺丁汉特伦特大学的教职Ian Shuttleworth的研究兴趣在于多相催化过程中发生的化学过程领域总的来说，他的小组内的调查遵循以下主题：• 表面与界面科学• 纳米化学和缺陷化学目前的项目领域包括：• 吸附物-表面相互作用的范德华精确描述• 菌株工程及其对催化作用的影响• X射线衍射图象的有效反演
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