Материалы портала «Научная Россия»

Суперкомпьютер Rurik помог выяснить расположение атомов на поверхности рутила

Суперкомпьютер Rurik помог выяснить расположение атомов на поверхности рутила
Исследование, проведенное в МФТИ, позволит разобраться с фотокаталитическими свойствами этого вещества.

Группа ученых из России, США и Китая при помощи численного моделирования описала ранее неизвестные особенности рутила TiO2. Расчеты проводились в лаборатории МФТИ на суперкомпьютере Rurik. Новые данные о веществе позволят лучше понять его фотокаталитические свойства. Статья опубликована в журнале Physical Chemistry Chemical Physics, об исследовании рассказывает сайт МФТИ.

Активность рутила как фотокатализатора связана с тем, как атомы кислорода и титана располагаются на его поверхности. Именно этот вопрос и стал целью исследования. С помощью специального программного обеспечения и методов компьютерного моделирования на основе фундаментальных законов квантовой механики ученые построили поверхностную фазовую диаграмму — зависимость поверхностной энергии от состава — и по ней определили, какие именно формы являются метастабильными. Кроме того, исследователи посчитали для нереконструированной поверхности рутила поверхностное натяжение — силу, действующую на расположенные на поверхности атомы.

Эти расчеты позволили сделать вывод, что такие формы, как R-TiO2(011) и реконструкции titanyl-TiO2 и B(001)-TiO2 должны быть метастабильными. Для проверки были смоделированы изображения поверхности рутила R-TiO2(011), которые могли бы получиться при изучении образцов сканирующим туннельным микроскопом (СТМ). Смоделированные СТМ-изображения ученые сопоставили с изображениями из реальных экспериментов.

Таким образом оказалось, что формирование реконструкций B(001)-TiO2 и titanyl-TiO2 обусловлено поверхностным натяжением, по заключению ученых эти структуры метастабильны. Полученные модели оказались похожими на ранее предложенные, но их существование является более обоснованным. Так, модель MF(111)-TiO менее насыщена кислородом, чем MF(111)-TiO3, и объясняет, почему реконструкция наблюдалась в бедной кислородом среде, то есть в вакууме при высокой температуре. А модель titanyl-Ti2O3 содержит одномерные ряды из вакансий кислорода, откуда ученые сделали предположение, что реконструкции titanyl-TiO2 и titanyl-Ti2O3 формируются до и после облучения электронами соответственно. Кроме того, авторы по итогам моделирования предлагают еще три новые структуры.

метастабильность мфти рутил суперкомпьютер rurik

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.