Nanosolids, slushes, and nanoliquids: Characterization of nanophases in metal clusters and nanoparticles

Journal of the American Chemical Society

Volumn 130, Issue 38, 2008, Pages 12698-12711

  Zhen, Hua Li ^a   Truhlar, Donald G ^b  

^a FUDAN UNIVERSITY   (China)

^b University of Minnesota   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHLORINE COMPOUNDS; DYNAMICS; HELIUM; HYDROGEN; INERT GASES; MECHANICAL PROPERTIES; METALS; MOLECULAR DYNAMICS; NANOPARTICLES; NANOSTRUCTURES; NONMETALS; QUANTUM CHEMISTRY; SMELTING;

BULK MATERIALS; COMPLEX MATERIALS; EMERGENT BEHAVIORS; MANY-BODY POTENTIALS; MELTING TRANSITIONS; METAL CLUSTERS; MOLECULAR-DYNAMICS SIMULATIONS; NANO-MATERIALS; NANOPHASES; NANOSOLIDS; QUANTUM-MECHANICAL; TEMPERATURE-DEPENDENT PROPERTIES;

NANOSTRUCTURED MATERIALS;

ALUMINUM; HELIUM; HYDROGEN; METAL; NANOMATERIAL; NANOPARTICLE;

ARTICLE; CALCULATION; COMPLEX FORMATION; HEAT; LIQUID; MELTING POINT; MOLECULAR DYNAMICS; QUANTUM MECHANICS; SOLID STATE; TEMPERATURE DEPENDENCE; THERMAL ANALYSIS;

EID: 52649150359     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja802389d     Document Type: Article

References (146)

1. Bonacic-Koutecky, V.; Fantucci, P.; Koutecky, J. Chem. Rev. 1991, 91, 1035.
2. de Heer, W. A. Rev. Mod. Phys. 1993, 65, 611.
3. Feldheim, D. L.; Foss, C. A. Metal Nanoparticles: Synthesis, Characterization, and Applications; Marcel Dekker: New York, 2002.
4. Buchachenko, A. L. Russ. Chem. Rev. 2003, 72, 375.
5. Schmid, G. Nanoparticles: From Theory to Applications; Wiley-VCH: Weinheim, 2004.
6. Chan, K.-Y.; Ding, J.; Ren, J.; Cheng, S.; Tsang, K. Y. J. Mater. Chem. 2004, 14, 505.
7. Heiz, U.; Bullock, E. L. J. Mater. Chem. 2004, 14, 564.
8. O'Hair, R. A. J.; Khairallah, G. N. J. Cluster Sci. 2004, 15, 331.
9. Baletto, F.; Ferrando, R. Rev. Mod. Phys. 2005, 77, 371.
10. Astruc, D.; Lu, F.; Aranzaes, T. R. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 7852.
11. Watanabe, K.; Menzel, P.; Nilius, N.; Freund, H.-J. Chem. Rev. 2006, 106, 4301.
12. Perepichka, D. F.; Rosei, F. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 6006.
13. Jellinek, J. Faraday Discuss. 2008, 138, 11.
14. Berry, R. S.; Jellinek, J.; Natanson, G. Phys. Rev. A 1984, 30, 919.
15. Beck, T. L.; Jellinek, J.; Berry, R. S. J. Chem. Phys. 1987, 87, 545.
16. Berry, R. S.; Wales, D. J. Phys. Rev. Lett. 1989, 63, 1156.
17. (a) Wales, D. J.; Berry, R. S. J. Chem. Phys. 1990, 92, 4473.
18. Berry, R. S. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1990, 86, 2343.
19. Berry, R. S. Sci. Am. 1990, 263, 68.
20. Berry, R. S. In Clusters of Atoms and Molecules; Haberland, H., Ed.; Springer Series in Chemical Physics 52; Springer: Berlin, 1994; p 187.
21. Berry, R. S. Microscale Thermophys. Eng. 1997, 1, 1.
22. Proykova, A.; Berry, R. S. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 2006, 39, R167.
23. Berry, R. S. C. R. Phys. 2002, 3, 319.
24. Schmidt, M.; Haberland, H. C. R. Phys. 2002, 3, 327.
25. Vichare, A.; Kanhere, D. G. J. Phys: Condens. Matter 1998, 10, 3309.
26. Cleveland, C. L.; Luedtke, W. D.; Landman, U. Phys. Rev. B 1999, 60, 5065.
27. Pochon, S.; MacDonald, K. F.; Knize, R. J.; Zheludev, N. I. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 145702.
28. Schebarchov, D.; Hendy, S. C. J. Chem. Phys. 2006, 123, 104701.
29. Schebarchov, D.; Hendy, S. C. Phys. Rev. B 2006, 73, 121402(R)
30. Alavi, S.; Thompson, D. L. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 1518.
31. Atkins, P.; Paula, J. D. Atkins' Physical Chemistry, 7th ed.; Oxford University Press; New York, 2002; p 135.
32. Berry, R. S.; Rice, S. A.; Ross, J. Physical Chemistry, 2nd ed.; Topics in Physical Chemistry Series 12; Oxford University Press: New York, 2000; pp 397,658, See also p 347.
33. Sebetci, A.; Güvenc, Z. B.; Kökten, H. Comput. Mater. Sci. 2006, 35, 152.
34. Rodumer, E. Chem. Soc. Rev. 2006, 35, 583.
35. Rey, C.; Gallego, L. J.; García-Rodeja, J.; Alonso, J. A.; Iñiguez, M. P. Phys. Rev. B 1993, 48, 8253.
36. Nayak, S. K.; Khanna, S. N.; Rao, B. K.; Jena, P. J. Phys.: Condens. Matter 1998, 10, 10853.
37. Schmidt, M.; Kusche, R.; Kronmüler, W.; von Issendorff, B.; Haberland, H. Phys. Rev. Lett. 1997, 79, 99.
38. Schmidt, M.; Kusche, R.; von Issendorff, B.; Haberland, H. Nature 1998, 393, 238.
39. Sun, D. Y.; Gong, X. G. Phys. Rev. B 1998, 57, 4730.
40. Efremov, M. Yu.; Schiettekatte, F.; Zhang, M.; Olson, E. A.; Kwan, A. T.; Berry, R. S.; Allen, L. H. Phys. Rev. Lett. 2000, 85, 3560.
41. Jellinek, J.; Goldberg, A. J. Chem. Phys. 2000, 113, 2570.
42. Schmidt, M.; Hippler, Th.; Donges, J.; Kronmüller, W.; von Issendorff, B.; Haberland, H.; Labastie, P. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 203402.
43. Schmidt, M.; Donges, J.; Hippler, Th.; Haberland, H. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 103401.
44. Breaux, G. A.; Benirschke, R. C.; Sugai, T.; Kinnear, B. S.; Jarrold, M. F. Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 215508.
45. Breaux, G. A.; Hillman, D. A.; Neal, C. M.; Benirschke, R. C.; Jarrold, M. F. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 8628.
46. Lai, S. K.; Lin, W. D.; Wu, K. L.; Li, W. H.; Lee, K. C. J. Chem. Phys. 2004, 121, 1487.
47. Werner, R. Eur. Phys. J. B 2005, 43, 47.
48. Breaux, G. A.; Cao, B.; Jarrold, M. F. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 16575.
49. Breaux, G. A.; Neal, C. M.; Cao, B.; Jarrold, M. F. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 173401.
50. de Bas, B. S.; Ford, M. J.; Cortie, M. B. J. Phys.: Condens. Matter 2006, 18, 55.
51. Joshi, K.; Krishnamurty, S.; Kanhere, D. G. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 135703.
52. Noya, E. G.; Doye, J. P. K.; Calvo, F. Phys. Rev. B 2006, 73, 125407.
53. Zhang, W.; Zhang, F. S.; Zhu, Z. Y. Phys. Rev. B 2006, 74, 033412.
54. Zhang, W.; Zhang, F. S.; Zhu, Z. Y. Eur. Phys. J. D 2007, 43, 97.
55. Zhang, W.; Zhang, F. S.; Zhu, Z. Y. Chin. Phys. Lett. 2007, 24, 1915.
56. Duan, H. M.; Ding, F.; Rosen, A.; Harutyunyan, A. R.; Curtarolo, S.; Bolton, K. Chem. Phys. 2007, 333, 57.
57. Neal, C. M.; Starace, A. K.; Jarrold, M. F. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2007, 18, 74.
58. Neal, C. M.; Starace, A. K.; Jarrold, M. F.; Joshi, K.; Krishnamurty, S.; Kanhere, D. G. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 17788.
59. Neal, C. M.; Atarace, A. K.; Jarrold, M. F. Phys. Rev. B 2007, 76, 54113.
60. Doye, J. P. K.; Calvo, F. Phys. Rev. Lett. 2001, 86, 3570.
61. Doye, J. P. K.; Calvo, F. J. Chem. Phys. 2003, 119, 12680.
62. Wang, G. M.; Blaisten-Barojas, E.; Roitberg, A. E. J. Chem. Phys. 2001, 115, 3640.
63. Baletto, F.; Rapallo, A.; Rossi, G.; Ferrando, R. Phys. Rev. B 2004, 69, 235421.
64. Rossi, G.; Rapallo, A.; Mottet, C.; Fortunelli, A.; Baletto, F.; Ferrando, R. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 105503.
65. Li, Z. H.; Jasper, A. W.; Truhlar, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 14899.
66. de Heer, W. A.; Milani, P.; Chatelain, A. Phys. Rev. Lett. 1989, 63, 2834.
67. Lermé, J.; Pellarin, M.; Vialle, J. L.; Baguenard, B.; Broyer, M. Phys. Rev. Lett. 1992, 68, 2818.
68. Baguenard, B.; Pellarin, M.; Lermé, J.; Vialle, J. L.; Broyer, M. J. Chem. Phys. 1994, 100, 754.
69. Martin, T. P.; Näher, U.; Schaber, H. Chem. Phys. Lett. 1992, 199, 470.
70. Jarrold, M. F.; Bower, J. E. J. Phys. Chem. 1993, 97, 1746.
71. Jarrold, M. F.; Bower, J. E. J. Chem. Phys. 1993, 98, 2399.
72. Jarrold, M. F. J. Phys. Chem. 1995, 99, 11.
73. Cha, C. Y.; Ganteför, G.; Eberhardt, W. J. Chem. Phys. 1994, 100, 995.
74. Ganteför, G.; Eberhardt, W. Chem. Phys. Lett. 1994, 217, 600.
75. Li, X.; Wu, H.; Wang, X. B.; Wang, L. S. Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 1909.
76. Akola, J.; Manninen, M.; Hakkinen, H.; Landman, U.; Li, X.; Wang, L. S. Phys. Rev. B 1999, 60, 11297.
77. Akola, J.; Manninen, M.; Hakkinen, H.; Landman, U.; Li, X.; Wang, L. S. Phys. Rev. B 2000, 62, 13216.
78. Kuznetsov, A. E.; Boldyrev, A. I.; Zhai, H. J.; Li, X.; Wang, L. S. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 111791.
79. Schnepf, A.; Schnöckel, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2002, 41, 3532.
80. Jones, R. O. Phys. Rev. Lett. 1991, 67, 224.
81. Jones, R. O. J. Chem. Phys. 1993, 99, 1194.
82. Cheng, H.-P.; Berry, R. S.; Whetten, R. L. Phys. Rev. B 1991, 43, 10647.
83. Yi, J. Y.; Oh, D. J. U.; Bernholc, J. Phys. Rev. Lett. 1991, 67, 1248.
84. Röthlisberger, U.; Andreoni, W.; Giannozzi, P. J. Chem. Phys. 1992, 96, 1594.
85. Elbayyariz, Z.; Erkoc, S. Phys. Status Solidi B: Basic Res. 1992, 170, 103.
86. Peslherbe, G. H.; Hase, W. L. J. Chem. Phys. 1994, 101, 8535.
87. Streitz, F. H.; Mintmire, J. W. Phys. Rev. B 1994, 50, 11996.
88. Claire, P. d. S.; Peslherbe, G. H.; Hase, W. L. J. Phys. Chem. 1995, 99, 8147.
89. Peslherbe, G. H.; Hase, W. L. J. Chem. Phys. 1996, 104, 9445.
90. Claire, P. de S.; Hase, W. L. J. Phys. Chem. 1996, 100, 8190.
91. Peslherbe, G. H.; Hase, W. L. J. Chem. Phys. 1996, 105, 7432.
92. Peslherbe, G. H.; Hase, W. L. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 10566.
93. Kumar, V. Phys. Rev. B 1998, 57, 8827.
94. Lloyd, L. D.; Johnston, R. L. Chem. Phys. 1998, 236, 107.
95. Lloyd, L. D.; Johnston, R. L. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 2000, 3, 307.
96. Lloyd, L. D.; Johnston, R. L.; Roberts, C.; Mortimer-Jones, T. V. ChemPhysChem 2002, 3, 408.
97. Ahlrichs, R.; Elliott, S. D. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 13.
98. Rao, B. K.; Jena, P. J. Chem. Phys. 1999, 111, 1890.
99. Dolgounitcheva, O.; Zakrzewski, V. G.; Ortiz, J. V. J. Chem. Phys. 1999, 111, 10762.
100. Turner, G. W.; Johnston, R. L.; Wilson, N. T. J. Chem. Phys. 2000, 112, 4773.
101. Geske, G. D.; Boldyrev, A. I.; Li, X.; Wang, L. S. J. Chem. Phys. 2000, 113, 5130.
102. Zope, R. R.; Baruah, T. Phys. Rev. B 2001, 64, 053202.
103. Deshpande, M. D.; Kanhere, D. G.; Vasiliev, I.; Martin, R. M. Phys. Rev. B 2003, 035428.
104. Joswig, J.-O.; Springborg, M. Phys. Rev. B 2003, 68, 085408.
105. Schultz, N. E.; Staszewska, G.; Staszewski, P.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4850.
106. Sebetci, A.; Güvenç, Z. B. Modeling Simul. Mater. Sci. Eng. 2005, 13, 683.
107. Peng, P.; Li, G.; Zheng, C.; Han, S.; Liu, R. Sci. China Ser. E 2006, 49, 385.
108. Li, Z. H.; Bhatt, D.; Schultz, N. E.; Siepmann, J. I.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 16227.
109. Liu, R. S.; Dong, K. J.; Tian, Z. A.; Liu, H. R.; Peng, P.; Yu, A. B. J. Phys.: Condens. Matter 2007, 19, 19613.
110. Akola, J.; Manninen, M. Phys. Rev. B 2001, 63, 193410.
111. Böyükata, M.; Güvenç, Z. B. Brazilian J. Phys. 2006, 36, 720.
112. Puri, P.; Yang, V. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 11776.
113. Poland, D. J. Chem. Phys. 2007, 126, 054507.
114. Yang, M.; Jackson, K. A.; Koehler, C.; Frauenheim, T.; Jellinek, J. J. Chem. Phys. 2006, 124, 24308.
115. Jasper, A. W.; Staszewski, P.; Staszewski, G.; Schultz, N. E.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 8996.
116. Jasper, A. W.; Schultz, N. E.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 3915.
117. Bhatt, D; Jasper, A. W.; Schultz, N. E.; Siepmann, J. I.; Truhlar, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4224.
118. Bhatt, D.; Schultz, N. E.; Jasper, A. W.; Siepmann, J. I.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 26135.
119. Li, Z. H.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 11109.
120. Schultz, N. E.; Jasper, A. W.; Bhatt, D.; Siepmann, J. I.; Truhlar, D. G. In Multiscale Simulation Methods for Nanomaterials; Ross, R. B., Mohanty, S., Eds.; Wiley-VCH: Hoboken, NJ, 2008; p 169.
121. Tanner, G. M.; Bhattacharya, A.; Nayak, S. K.; Mahanti, S. D. Phys. Rev. E 1997, 55, 322.
122. Kaelberer, J.; Etters, R. D J. Chem. Phys. 1977, 66, 3233.
123. Etters, R. D.; Kaelberer, J. J. Chem. Phys. 1977, 66, 5112.
124. Berry, R. S.; Beck, T. L.; Davis, H. L.; Jellinek, J. Adv. Chem. Phys. 1988, 70B, 75.
125. Zhou, Y.; Karplus, M.; Ball, K. D.; Berry, R. S. J. Chem. Phys. 2002, 116, 2323.
126. Lindemann, F. A. Phys. Z 1910, 11, 609.
127. Hill, T. L. Statistical Mechanics: Principles and Selected Applications; McGraw-Hill: New York, 1956; pp 100-101.
128. Rice, O. K. Statistical Mechanics Thermodynamics and Kinetics; W. H. Freeman: San Francisco, 1967; pp 92-93..
129. Ding, F.; Rosen, A.; Bolton, K. Phys. Rev. B 2004, 70, 75416.
130. Wang, L.; Zhang, Y.; Bian, X.; Chen, Y. Phys. Lett. A 2003, 310, 197.
131. Pathria, R. K. Statistical Mechanics, 2nd ed.; Elsevier: Singapore, 1996; p 454.
132. Einstein, A. Investigations on the Theory of the Brownian Movement; Methuen: London, 1926; p 17.
133. Allen, M. P.; Tildesley, D. J. Computer Simulation of Liquids; Oxford University Press: Oxford, 1987; p 60.
134. Vollmayr-Lee, K. J. Chem. Phys. 2004, 121, 4781.
135. Wales, D. J.; Doye, J. P. K. J. Chem. Phys. 1995, 103, 3061.
136. Chase, M. W., Jr. NIST-JANAF Thermochemical Tables, 4th ed. J. Phys. Chem. Ref. Data, Monograph 9; American Institute of Physics: New York, 1998.
137. Truhlar, D. G.; Blais, N. C. J. Chem. Phys. 1977, 67, 1532.
138. Bergeron, D. E., Jr.; Morisato, T.; Khanna, S. N. Science 2004, 304, 84.
139. Bergeron, D. E., Jr.; Morisato, T.; Khanna, S. N. J. Chem. Phys. 2004, 121, 10456.
140. Thomson, W. Philos. Mag. 1871, 42, 448.
141. Pawlow, P. Z. Phys. Chem. 1909, 65, 1.
142. Borel, J. P. Surf. Sci. 1981, 106, 1.
143. Wang, L.; Zhang, Y.; Bian, X.; Chen, Y. Phys. Lett. A 2003, 310, 197.
144. Wales, D. J.; Berry, R. S. Phys. Rev. Lett. 1994, 73, 2875.
145. Wales, D. J. Energy Landscapes; Cambridge University Press: Cambridge, 2003; pp 440-452.
146. Brack, M. Rev. Mod. Phys. 1993, 65, 677.