Forskare från Skoltech och deras kollegor från Tyskland och USA har studerat egenskaperna och beteendet hos en palladium-kopparlegering under förändrade temperaturer och vätekoncentrationer, med mycket relevanta konsekvenser av denna forskning för katalysatordesign. Tidningen publicerades i Journal of Applied Physics .

Övergångsmetalllegeringsmaterial kan ha katalytiska egenskaper och används i stor utsträckning för att underlätta olika kemiska reaktioner såsom CO ₂ hydrering, en process som förvandlar koldioxid till metanol. Att använda en legering av ett dyrare reaktivt element med ett annat som är billigare och mer inert gör dessa katalysatorer mycket effektiva. Ett exempel på en sådan katalysator skulle vara en legering av palladium (Pd) och koppar (Cu), där isolerade atomer av Pd är placerade i Cu -gallret.

Zhong-Kang Han, Debalaya Sarker och Sergey Levchenko från Skoltech Center for Energy Science and Technology (CEST) och deras kollegor modellerade egenskaperna hos en Pd/Cu -legering, med hjälp av en maskininlärningsmodell för att förutsäga fördelningen av Pd-atomer på en Cu-yta som en funktion av vätepartialtryck och temperatur. "Endast Pd -atomer vid ytan ger katalytiskt aktiva platser. Därför, det är viktigt att veta hur många av dessa atomer som finns på ytan vid relevanta temperaturer och vätetryck, Säger Levchenko.

Han säger att för att utvärdera energierna i många atomkonfigurationer av Pd i Cu -gitteret krävs mycket beräkningsresurser, så valde forskarna en surrogatklusterexpansionsmodell som är lättare att hantera. "Denna modell gör att vi kan utvärdera energin i miljontals konfigurationer på några sekunder. I denna studie, vi hade ett system som är mer komplext än de som vanligtvis studeras med hjälp av kluster expansion:en yta av en legering där stabiliteten hos olika atomkonfigurationer påverkas av adsorbater från gasfasen. Därför, vi tillämpade maskininlärningssättet baserat på komprimerad avkänning (en metod som ofta används för att komprimera bilder) för att utveckla en mycket exakt och förutsägbar surrogatmodell, "Noterar Levchenko.

Teamet fann att väteadsorption verkligen har en stark effekt på koncentrationen av Pd -atomer i det översta lagret av Cu (111) yta. "Medan Pd vid låga vätetryck och högre temperaturer föredrar att stanna vid ytan, vid högre tryck och lägre temperaturer väteadsorption driver Pd bort från ytan, "Förklarar Levchenko.

Författarna hoppas att deras resultat kan öppna dörren för att utforma metalllegeringar med bättre katalytiska egenskaper genom att ta hänsyn till dynamiska förändringar i materialets sammansättning och struktur vid realistiska driftförhållanden.