Global optimization of Pt-Cu clusters using a genetic algorithm and density functional theory

Bu çalışmada Pt, Cu ve PtCu sistemlerinin 2 ila 40 atom aralığında değişen küçük ölçekte kümelerinin sahip olduğu en düşük enerjili morfolojilerin bulunması çalışılmıştır. Yapıların optimizasyonu için yarı-ampirik olan Gupta potansiyeli temel alınmış ve MATLAB ortamında geliştirilen Genetik Algoritma ile çözümlenmiştir. En düşük enerjili yapıların bulunabilmesi için GA çözümlemesinde işlem 2 ila 20 atom aralığı için 200, 20 ila 40 atom aralığı için 400 defa yapılmıştır. Elde edilen yapıların enerjik ve yapısal analizleri yapıldığında, optimize edilen her yapının enerjik olarak durağan ve minimum enerji yayma durumunda olduğu tespit edilmiştir. Optimize edilen yapılar incelendiğinde saf Pt ve Cu yapılarının simetrik ve düzenli, ikili PtCu yapılarının ise 20 atomdan sonra ideal düzenli yapıdan uzaklaştığı görülmüştür. Hem saf hem de ikili Pt-Cu sistemi için, 38 atomdan oluşan yapının tepesi kesik sekiz yüzlü olduğu belirlenmiştir. Ek olarak, sistemlerin katalitik aktivite ve adsorpsiyon özelliklerini atomistik seviyede incelemek amacıyla ayrı ayrı hidrojen ve moleküler OH adsorpsiyonu incelenmiştir. Adsorpsiyon çalışması Pt10, Cu10 ve Pt3Cu7 yapıları üzerinde yapılmıştır. H ve OH ile beraber metal sistemlerin yükleri sırasıyla nötr, anyonik ve katyonik durumlarda incelenmiştir. Nötr yük halinin, H ve OH adsorpsiyonu için en uygun olduğu bulunmuştur. Bununla beraber, hem Pt hem de Cu atomunun farklı noktalarına (tepe, köprü ve çukur) adsorpsiyon uygulanmıştır. Saf sistemlerde, hidrojen atomu için adsorpsiyon enerjisinin minimum olduğu durum Pt atomunun tepe bölgesinden iken Cu için köprü pozisyonudur. İkili sistemlerde ise hidrojen atomu Pt atomunun çukur bölgesinden, Cu atomuna göre daha kuvvetle bağlanmaktadır.