Angew. Chem.：通過分子動力學模擬揭示銀的銹蝕機制

【引言】

銀被用作藝術和珠寶裝飾已有幾千年的歷史，而今還被廣泛應用于催化、電子設備和局域表面等離激元納米芯片等重要技術裝備中，其中存在一個普遍問題——銀的腐蝕，其早期階段被稱為“銹蝕（tarnishing）”。在電子產業中，銀被用作印刷電路板的表面鍍層材料，起固定電子元件、并將元件組裝到印刷電路板上的作用，因此銀腐蝕至關重要。印刷電路板暴露在空氣應用時，發生銀腐蝕相關的失效事件已經是普遍現象，是一項經濟負擔也關系到電子產品的效能及可靠性。

【成果簡介】

近日，愛爾蘭都柏林圣三一大學/意大利理工學院的Gabriele Saleh博士在Angewandte Chemie上發表了題為“Silver Tarnishing Mechanism Revealed by Molecular Dynamics Simulations”的文章。該篇文章通過分子動力學模擬揭示了銀-氧和銀-硫反應的機制，建立反應立場，對量子化學結果展開了廣泛的測試。Ag-O和Ag-S之間出現了不同的反應機制和反應速率。該研究解決了“為什么暴露在環境中的銀極易被硫腐蝕，和氧氣卻幾乎不發生反應”這一長期困擾人們的問題。

【圖文導讀】

圖1:O₂和S₂在Ag(111)面發生分解的能量路徑（平面波DFT和ReaxFF值）。

圖2：Ag(001)硫化的快照。

(a)Ag-S反應機制示意圖；

(b)t=5 ns (T=750 K) 時存在∑5(310)晶界的快照；

(c)t=5 ns (T=750 K) 時不存在∑5(310)晶界的快照；

圖3：DFT能量學反映Ag-S和Ag-O反應相關步驟。

(a)在裸露表面（黑色數字）和存在1,2或3個吸附原子（藍色數字）的吸附原子/空位對形成能；

(b)S/O原子從平衡表面向亞平衡表面位置移動的能量分布圖。

圖4：分子動力學模擬快照展示氧氣在銀表面分解、滲透的機制。

【小結】

作者利用DFT和反應力場從原子尺度來研究銀的銹蝕現象，通過大量的分子動力學模擬，可準確描述銀硫化和氧化的不同機制，從而說明為何銀會與硫化物反應而不和氧氣反應。該研究中，作者開發了Ag/S和Ag/O 反應力場，經大量檢驗是準確的，可用于Ag/O/S反應的進一步研究。作者希望通過闡釋銀銹蝕的具體機制，可促使電子工業界提出生產銀基抗腐蝕合金的合理材料設計策略。

文獻鏈接：Silver Tarnishing Mechanism Revealed by Molecular Dynamics Simulations（Angew. Chem.，2019，DOI：10.1002/ange.201901630）

本文由材料人計算材料組Isobel供稿，材料牛整理編輯。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaokefu