Structural properties of nanoclusters: Energetic, thermodynamic, and kinetic effects

Abstract

The structural properties of free nanoclusters are reviewed. Special attention is paid to the interplay of energetic, thermodynamic and kinetic factors in the explanation of the clusters structures which are actually observed in the experiments. The review starts with a brief summary of the experimental methods for the production of free nanoclusters, and then proceeds with a guideline given by theoretical and simulation issues, always discussed in close connection with the experimental results. The energetic properties are treated first, evidencing general trends, describing the methods for modelling the interactions between the elementary cluster constituents, and for the global optimization on the cluster potential energy surface. After that, a chapter on cluster thermodynamics follows. The discussion includes the analysis of solid-solid structural transitions, and of melting with its size dependence. The last part is devoted to the growth kinetics of free nanoclusters, and treats the growth of isolated clusters and their coalescence. Several specific systems are analyzed.

Quantum Monte Carlo studies of covalent and metallic clusters: Accuracy of density functional approximations

“…They form a bridge between molecules and bulk materials, and are the building blocks of nanoscience. 1 Furthermore, they often show significant quantum-size effects and irregular changes in properties with increasing cluster size. Clusters have naturally been the subject of numerous experimental and theoretical studies in recent years.…”

Investigação <i>ab initio</i> dos mecanismos de formação de nanoligas <i>core-shell</i> com platina e metais de transição dos períodos 3<i>d</i>, 4<i>d</i> e 5<i>d</i>

“…No caso deste trabalho, os nanoclusters pGMC de Pt 55 e MT 55 ) foram usados como referência para as nanoligas bimetálicas. Para nanoligas de composição Pt n MT 55 -n , a energia de excesso é definida por 11) em que E PtnMT55−n tot é a energia total da nanoliga de composição Pt 13 MT 42 (quando n = 13) e Pt 42 MT 13 (quando n = 42), E Pt55 tot é a energia total do nanocluster pGMC de Pt 55 e E MT55 tot é a energia total do nanocluster pGMC de MT 55 . A energia de excesso segue a mesma ordem da energia relativa à estrutura pGMC, isto é, a nanoliga mais estável é também a que apresenta a menor energia de excesso entre as nanoligas de mesma composição.…”

“…8 Ao que se refere às nanoligas metálicas, as propriedades podem, também, variar conforme a composição da nanoliga é alterada, abrindo espaço para potenciais novas aplicações. 10,11 Para se ter um controle sobre o tamanho e a forma dos nanoclusters unários e, também, da composição das nanoligas, é necessário conhecer os métodos de síntese empregados. Os métodos de síntese podem ser tanto físicos como químicos e podem ser empregados em uma grande variedade de ambientes, como em fase gasosa, em solução/suspensão, em uma matriz de suporte, entre outros.…”

Towards production of novel catalyst powders from supported size-selected clusters by multilayer deposition and dicing

“…Nanoclusters display unique and highly size-dependent physical and chemical properties, providing potential for use in, e.g., electronics, optics, biology and catalysis applications [1][2][3][4][5][6][7][8][9]. There are three major cluster production routes: physical vapour (e.g.…”