Статистическое исследование зависимостей адсорбции на сферических наночастицах от их размеров и температуры

Abstract

Для статистического описания зависимости адсорбции из газовой фазы от температуры и размера сферических наночастиц используется ранее полученная замкнутая система интегральных и алгебраических уравнений, описывающая структурные и термодинамические характеристики неоднородных (гетерогенных) молекулярных систем. Она получена в рамках двухуровневого статистического метода, который основывается на совместном использовании метода коррелятивных функций Боголюбова – Борна – Грина – Кирквуда – Ивона (ББГКИ), метода условных коррелятивных функций Ротта и метода термодинамических функционалов плотности. В результате установлена связь между макроскопическими характеристиками кристаллических наночастиц и микроскопическими параметрами системы взаимодействующих частиц (атомов или молекул) при температуре ниже температуры тройной точки. В области фазового перехода «кристаллическая наночастица – газообразная среда» радиальный профиль плотности аппроксимируется с помощью трехпараметрической функции, содержащей гиперболический тангенс. Один параметр определяет числа заполнения для однородной жидкой либо газообразной среды, которая находится в равновесии с кристаллической сферической наночастицей, а два других являются вариационными параметрами при решении вариационной задачи по отысканию минимума большого термодинамического потенциала гетерогенной системы. Двухуровневый статистический метод позволил получить выражение для большого термодинамического потенциала, который является функционалом искомого поля плотности. В результате варьирования этого потенциала, рассчитаны характеристики адсорбированного вещества из газовой фазы на наночастицах разных размеров. Прослежено радиальное смещение узлов ГЦК решетки вблизи границ наночастиц, что дало возможность приступить к описанию зависимости адсорбции из газовой фазы от температуры.