Coarse-grained model for gold nanocrystals with an organic capping layer

Schapotschnikow, Philipp; Pool, René; Vlugt, Thijs J. H.

doi:10.1080/00268970701802432

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“…We include the case of two NCs with different radii and explore the long hydrocarbon chains investigated in real experiments. Previous studies focused primarily on the potential of mean force, starting with those performed by Schapotschnikow et al [28][29][30] Subsequent investigations have studied the role of solvent, 31,32 more detailed density functional theories, 33 as well as different approaches to the PMF 34 and three body effects. 35 The relation of this work to our results is discussed further below.…”

Section: In This Paper We Analyze the Interaction Between Two Ncs Wimentioning

confidence: 99%

Capping Ligand Vortices as “Atomic Orbitals” in Nanocrystal Self-Assembly

2017

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We present a detailed analysis of the interaction between two nanocrystals capped with ligands consisting of hydrocarbon chains by united atom molecular dynamics simulations. We show that the bonding of two nanocrystals is characterized by ligand textures in the form of vortices. These results are generalized to nanocrystals of different types (differing core and ligand sizes) where the structure of the vortices depends on the softness asymmetry. We provide rigorous calculations for the binding free energy, show that these energies are independent of the chemical composition of the cores, and derive analytical formulas for the equilibrium separation. We discuss the implications of our results for the self-assembly of single-component and binary nanoparticle superlattices. Overall, our results show that the structure of the ligands completely determines the bonding of nanocrystals, fully supporting the predictions of the recently proposed Orbifold topological model.

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Section: In This Paper We Analyze the Interaction Between Two Ncs Wimentioning

confidence: 99%

Capping Ligand Vortices as “Atomic Orbitals” in Nanocrystal Self-Assembly

2017

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“…3 The anisotropic forces responsible for this fcc-bcc transition observed at larger R LC originate in the self-organization of ligands, which form bundles, and tend to arrange NPs in linear chains. 4,5 Monolayers of colloidal NPs have also been formed on solid substrates 6,7 and solvent interfaces. 8,9 Their electrical [10][11][12] and optical properties 13,14 of depend on the NP type, size, ligands, 15 and substrate used.…”

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confidence: 99%

Self-standing nanoparticle membranes and capsules

Chan

2011

Nanoscale

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We perform coarse-grained molecular dynamics simulations of self-standing nanoparticle membranes observed in recent experiments (K. E. Mueggenburg et al., Nat. Mater., 2007, 6, 656). In order to make our simulations feasible, we model 2-3 times smaller gold nanoparticles (core radius of r(core) ≈ 0.8 nm) covered with alkanethiol ligands (length of l(ligand) ≈ 0.5-2.6 nm). We study the structure, stability, and mechanical properties of these membranes and show that these characteristics are controlled by the ratio of R(LC) = l(ligand)/r(core). For R(LC) ≈ 0.6, the ligated nanoparticles form well ordered monolayers with hexagonal packing, in agreement with the experiments (R(LC) ≈ 0.44). For R(LC) ≈ 1.6, the nanoparticles form less organized multilayers, which are more stable and flexible. We show that these membranes could potentially form stable capsules for molecular storage and delivery.

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“…Ein wichtiger Beitrag war Formulierung eines speziellen Kraftfeldes für Gold-Gold-und Gold-Molekül-Wechselwirkungen, wodurch sowohl Gold-Nanokristalle als auch deren Assoziation an Alkylthiolmoleküle zugänglich wurden. [109] Darauf aufbauend ließen sich MC-Simulationen durchführen, um die Struktur einer selbstorganisierten Monoschicht (SAM) aus Alkylthiolmolekülen auf einem Gold-Ikosaeder zu untersuchen. [110] Im Rahmen eines großkanonischen Ansatzes umfasste dies auch Versuche, Alkylthiolmoleküle einzufügen bzw.…”

Section: "Gelenkte" Simulationen Zur Keimbildungunclassified

“…[112] Es ist offensichtlich, dass selbst solch kleine Agglomerate von Nanokristallen einen erheblichen Rechenaufwand bedeuten und wir zugleich immer noch weit von der Aggregation eines Kompositmaterials entfernt sind. Mithilfe von Coarse-Graining-Ansätzen zur Vergröberung der Modelle (was zum Teil bereits erfolgte) [109] und durch die Anwendung von geeigneten Algorithmen zur Bewältigung von Keimbildungsprozessen (wie in Abschnitt 2 beschrieben) erscheint die molekulare Simulation der Aggregation von Goldnanokristall-Alkylthiol-SAM-Kompositen jedoch in Reichweite gerückt zu sein.…”

Section: "Gelenkte" Simulationen Zur Keimbildungunclassified

Atomistisches Verständnis der Keimbildung und des Kristallwachstums durch molekulare Simulationen

Anwar

Zahn

2011

Angewandte Chemie

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Die Modellierung von Keimbildungsprozessen durch molekulare Simulation ermöglicht nicht nur die Berechnung kinetischer und thermodynamischer Eigenschaften, sondern bietet zugleich mechanistische Einblicke auf atomarer Ebene. Die vielfältigen Möglichkeiten, Experimente durch Modellsimulationen zu ergänzen, sind jedoch mit der Überwindung einer Reihe von technischen Schwierigkeiten verbunden. Keimbildungsprozesse sind seltene Ereignisse, die direkten Brute‐Force‐Molekulardynamiksimulationen nur in Ausnahmefällen zugänglich sind. Erst durch Fortschritte bei der Überbrückung von Zeit‐ und Längenskalen konnten kürzlich entwickelte Ansätze auch solche Simulationen ermöglichen, die lange Zeit als undurchführbar galten. Dabei können einerseits generische Modelle zur Erarbeitung eines allgemeinen Verständnisses genutzt werden. Zum anderen sind aber auch detaillierte Einblicke in realitätsnahe Systeme möglich, sofern die Kristallbildungsprozesse in handhabbare Module unterteilt werden. So können die Assoziation einzelner Ionen in der Lösung, die Bildung von geordneten Motiven, Reifungsreaktionen, Keimbildung und postkritisches Wachstum von Nanokristallen auf molekularer Ebene untersucht werden. Durch die Analyse des Wechselspiels mit additiven Molekülen lassen sich zudem Einblicke in funktionalisierte Nanopartikel und Kompositmaterialien gewinnen.

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Coarse-grained model for gold nanocrystals with an organic capping layer

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Capping Ligand Vortices as “Atomic Orbitals” in Nanocrystal Self-Assembly

Capping Ligand Vortices as “Atomic Orbitals” in Nanocrystal Self-Assembly

Self-standing nanoparticle membranes and capsules

Atomistisches Verständnis der Keimbildung und des Kristallwachstums durch molekulare Simulationen

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