Moleküler kuantum benzerliği kavramı kullanılarak nanoalaşım tasarım yöntemi geliştirilmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında kuantum benzerlik ölçütleri/indisleri yardımı ile nanokristal ve nanoalaşımların tasarım problemine bir yaklaşım geliştirilmesi üzerinde çalışılmıştır. Bu amaçla öncelikle geometrik olarak birbirine özdeş atomlardan oluşan çeşitli çok yüzlü geometrilere sahip atom kümelerini, dimerları ve temel durum katılarını içeren bir veritabanı oluşturulmuştur. Bu veritabanı sistemleri için kuantum benzerlik indisleri ve atomik kimyasal potansiyelle ilişkili olan atom başına enerji farkları arasındaki ilişki araştırılarak enerji farklarının benzerlik indisleri cinsinden parametrizasyonu elde edilmiştir. Enerji farkları ve benzerlik indislerinin elde edilmesi amacıyla temel prensiplere dayalı yoğunluk fonksiyoneli teorisi (DFT) çerçevesinde hesaplanmıştır.Çeşitli geometrik şekle, boyuta ve kompozisyona sahip tek bileşenli nanokristallerin ve iki bileşenli nanobileşiklerin/nanoalaşımların kuantum benzerlik tabanlı enerji profillerini incelemek amacıyla daha önce bahsedilen veritabanları dört farklı kimyasal element (C, Si, Pd ve Pt) için oluşturulmuştur. Bu nanoyapıların kuantum benzerlik tabanlı enerji profilleri incelenirken nanoyapılardaki her bir atomun elemental veritabanındaki sistemlere ait atomlar ile benzerlikleri/farklılıkları karşılaştırılarak enerjetik kararlılıkları tayin edilmektedir. Bir başka deyişle sistemler hakkında atom-atom bilgi edinilmektedir. Buradan edinilecek bilgiler ışığında kuantum benzerliği kavramı kullanılarak nanokristallerin/nanoalaşımların yüzey aktiviteleri ve bağlanma enerjileri gibi çeşitli fizikokimyasal olayların açıklanabilmesinin yanı sıra tasarım problemine kuantum benzerliğine dayalı yaklaşımların geliştirilebileceği belirtilmiştir.In this thesis development of a nanocrystal and nanoalloy design approach based on local quantum molecular similarity measures/indices has been studied. To this end a database of atomic clusters with different regular polyhedral geometries which consist geometrically equivalent atoms, dimers and bulk solids have been constructed in order to explore relationship between the local similarity indices and the atomic chemical potential related energy differences. First-principles calculations based on the density functional theory (DFT) have been performed to compute these energy differences and similarity indices. Foregoing relationship has led a parameterization of the energy differences in terms of similarity descriptors. To investigate the energetic profiles of unary nanocrystals and binary nanocompounds/ nanoalloys with different size, shape and composition in the context of quantum similarity, four different chemical elements (C, Si, Pd and Pt) are considered as elemental databases. Comparing the similarities (or dissimilarities) of the atoms in the aforementioned nanostructures and in the elemental databases have led a atom-by-atom investigation of energetic profiles of various nanostructures. By means of acquired energetic information from the previous approach it?s been stated that one can offer a design methodology based on quantum similarity. It is also expected that the approach developed within this thesis could be used investigate physicochemical properties, e.g. adsorption energies, and could then be employed in the surface engineering of nanocrystals.