Modélisation structurale des clusters d’alliages supportés : effet du support de silice et effet de taille

Structural modeling of supported alloys clusters : effect of silica substrate and size effect

• Auteur / Autrice : Alain Cabrel Ngandjong
• Direction : Alfred Delville, Joël Puibasset
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 15/12/2015
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (2012-.... ; Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures (Orléans, Loiret ; 2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Brault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alfred Delville, Joël Puibasset, Pascal Brault, Hervé Bulou, Jacek Goniakowski, Christine Mottet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Bulou, Jacek Goniakowski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Agrégats métalliques

Monte-Carlo, Méthode de

Structure moléculaire

Dynamique moléculaire

Surfaces

Silice

Nanoparticules

Argent

Mots clés libres

Nanoparticules supportées

Stabilité structurale

Monte Carlo

Dynamique moléculaire

Interaction métal-support

Nanoparticule d’argent

Silice amorphe

Calculs DFT

Supported nanoparticles

Structural stability

Monte Carlo

Molecular dynamics

Metal-support interaction

Silver nanoparticle

Amorphous silica

DFT calculations

Résumé

Les simulations numériques ont négligé jusqu’ici l’influence du support de silice amorphe sur la structure des nanoparticules métalliques déposées car l’interaction métal-silice amorphe est faible. Toutefois les études expérimentales montrent un effet de troncature sur la structure des nanoparticules. L’idée de ce travail a donc été d’étudier l’influence de ce support sur la structure et la morphologie des nanoparticules d’argent au moyen de la modélisation moléculaire (Monte Carlo et dynamique moléculaire). L’objectif de ce travail a été tout d'abord de déterminer le potentiel interatomique permettant de décrire l’interaction argent-silice. Ce potentiel a été obtenu sur la base des données expérimentales d'angles de mouillages en phase liquide et en phase solide. D’autre part, l'intensité d'interaction argent-silice a été déterminée par calculs DFT sur la cristobalite qui est un polymorphe de la silice cristalline présentant la même densité que la silice amorphe. Les énergies d'adhésions obtenues ont ainsi permis d'ajuster les paramètres du potentiel argent-silice de type Lennard-Jones. L’étude de la stabilité structurale des nanoparticules d'argent supportées à température nulle a été effectuée pour trois degrés d'approximation du support. (1) : un support parfaitement lisse décrit par un puits carré dont la profondeur est reliée à l’énergie d’adhésion, (2) : un support atomique de silice amorphe de surface plane et (3) : un support atomique de silice amorphe présentant une rugosité de surface. L’influence de la température sur la structure a été étudiée par fusion et recristallisation des nanoparticules d’argent sur les deux supports de silice amorphe. Afin d’étudier la stabilité structurale des nanoparticules en température, le calcul d’énergie libre des nanoparticules a été abordé.

Numerical simulations have so far neglected the influence of amorphous silica substrate on the structure of metallic nanoparticles due to its relatively weak interaction with deposited nanoparticles. However, experimental studies have often shown a truncation effect on the structure of nanoparticles. The idea of this work was to study the influence of this substrate on the structure of silver nanoparticles using molecular modeling (Monte Carlo and molecular dynamics). The objective of this work was firstly to determine silver-silica interatomic potential. This was achieved using experimental data of wetting angles in solid and liquid phase. On the other hand, silver-silica interaction intensity was determined by DFT calculations on cristobalite which is a polymorph of crystalline silica having the same density as amorphous silica. The adhesions energies obtained were used to fit the Lennard-Jones parameters for the silver-silica interaction. The study of the structural stability of silver nanoparticles supported at zero temperature was performed for three levels of approximation of the support. (1): the smooth wall approximation where the support is described by a square-well whose depth is related to the adhesion energy of the nanoparticle, (2): an atomistic model of flat amorphous silica, (3): an atomistic model of rough amorphous silica. The influence of the temperature on the structure was investigated by melting and recrystallization of the silver nanoparticles deposited on the two silica supports. In order to study the temperature stability of the nanoparticles the free energy calculation of the nanoparticles was discussed.