МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗОТЕРМ ОДНОМЕРНОЙ АДСОРБЦИИ НА НАНОКЛАСТЕРАХ
Authors: Удодов В.Н. , Базуев В.М. , Таскин А.Н. 
Published: October 2024

Изотермы адсорбции являются распространенным способом описания адсорбционных явлений. Методы получения данных для построения изотерм адсорбции основаны на измерении количества газа, удаленного из газовой фазы при адсорбции, а также на различных способах определения количестваадсорбатана поверхности адсорбента. С другой стороны, одномерные кластеры в последние десятилетия привлекают большой интерес. Однако изотермы одномерной адсорбции пока не изучались. Отметим, что одномерная модель решеточного газа в изучении реальных адсорбционных процессов применяется достаточно часто, например, рассмотрена одномерная адсорбция атомов цезия на дефектах поверхности сапфира. Обычно учитывается взаимодействие ближайших соседей. В работе методом компьютерного моделирования впервые построены изотермы одномерной адсорбции и проанализировано, как количество узлов атомной решетки N, взаимодействие и температура влияют на эти изотермы. Рассчитаны изотермы адсорбции при учете взаимодействия до вторых соседей при конечных температурах в рамках обобщенной модели Изинга. В качестве граничных условий выбраны оборванные (свободные) концы, что соответствует свободной цепочке (кластеру) или цепочке на поверхности кристалла. Рассматривается мономолекулярная (монослойная) адсорбция. В рамках модели Изинга с взаимодействием вторых соседей показано, что изотермы одномерной адсорбции на нанокластерах отличаются от изотерм Ленгмюра. Определено влияние размера системы N на изотермы, оказалось, увеличение Nприводит к более резкому изменению степени заполнения адатомами как функции парциального давления (концентрации адсорбтива в окружающей среде). При малых и больших давлениях одномерная изотерма практически не зависит от размера системы. Начальный участок изотермы имеет выпуклость вниз (изотерма Ленгмюра всегда выпукла вверх), это свидетельствует о притяжении адатомов и согласуется с традиционными представлениями. Показано, что взаимодействие вторых соседей существенно влияет на одномерную изотерму адсорбции. При отрицательном взаимодействии вторых соседей на изотерме появляются дополнительные горизонтальные площадки, которые свидетельствуют о появлении новых адсорбционных фаз.

Adsorption isotherms is the mostused way to describe adsorption phenomena. To obtain the data to construct adsorption isotherms, one can measure the amount of gas removed from the gas phase during the adsorption cycle or use other methods that allow to determine the amount of adsorbate on the surface of the adsorbent. On the other hand, in recent decades onedimensional clusters have attracted great interest. However, onedimensional adsorption isotherms have not yet been studied despite the fact that the onedimensional lattice gas model has been used quite often in the study the real adsorption processes, for example in sapphire threads. In such studies, only the interactions between the nearest neighbors are usually taken into account. In this paper, onedimensional finitetemperature monomolecular adsorption isotherms have been constructed for the first time, within the framework of the generalized Ising model. In doing so, the interatomic interactions up to the second neighbors were taken into account and the cutoff (free) ends were chosen as the boundary conditions this corresponds to a free chain (cluster) or the chain on a crystal surface. A detailed analysis of how the number of sites of the atomic lattice N,interaction and temperature affect the isotherms has been performed. It was shown that within the used Ising model with the second neighbor interactions, the onedimensional adsorption isotherms for the studied nanoclusters differ from the Langmuir isotherm. The increase in N leads to a more drastic change in the degree of filling with adatoms as a function of partial pressure (concentration of the adsorptive in the environment). At low and high pressures, the onedimensional isotherms are practically independent of the size of the system. The initial part of the isotherm has a convexity downward (the Langmuir isotherm is always convex upwards), which indicates adatom attraction and is consistent with the traditional concepts. It is shown that the interaction of the second neighbors significantly affects the onedimensional adsorption isotherm. With a negative interaction of the second neighbors, additional horizontal areas appear on the isotherm, which indicate the appearance of new adsorption phases.