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Gas-responsive nanoparticle shape: exploring facets, adsorption and the support
Workflows & Data 2026. 10. 10 · —

Gas-responsive nanoparticle shape: exploring facets, adsorption and the support기체에 따라 바뀌는 나노입자 모양: 표면과 지지체의 역할 살펴보기

Change the gas and compare a nanoparticle's 3D shape with its TEM projection. Explore facet-selective adsorption, adhesion to the support and the delay between a gas switch and a shape change.기체를 바꾸며 나노입자의 3D 형상과 TEM 투영 영상을 함께 비교하세요. 면 선택적 흡착, 지지체와의 부착, 가스 전환과 형상 변화 사이의 지연을 직접 살펴볼 수 있습니다.

Gas TEMnanoparticle shapeWulff–Winterbottominteractive tools

A particle’s shape is part of its response

A supported catalyst nanoparticle can expose different facets as its environment changes. Adsorption changes the relative energies of its surfaces, while adhesion to the support affects how much the particle spreads. In a TEM image, these changes appear as a changing outline—but an outline alone does not tell us which contribution has changed.

AEML’s second research tool, Gas-responsive nanoparticle shape, makes these connections visible. Switch the gas, rotate the 3D particle and compare it with a TEM projection. Facet area shares and the height-to-width ratio update alongside the images, helping connect a visual change to a structural description.

Explore nanoparticle shape →

Start with three contrasting examples

The example buttons change several parameters together to illustrate different responses. Try them before adjusting individual controls.

  • H₂O added → rounder: compare the particle before, during and after a gas pulse. Watch the changing shares of the {111}, {100} and {110} facets.
  • CO added → spreads on support: examine how a gas-dependent change in adhesion affects the particle’s height and footprint. Compare this with changing adsorption on the free surfaces.
  • Facet-selective pulse: cube ↔ octahedron: explore how stronger adsorption on one facet family changes the balance between shapes. This example uses a free particle, making the facet competition easier to see.

The gas names label illustrative scenarios. The parameters are chosen to show the effects clearly; they are not fitted predictions for a particular metal–gas combination.

Separate gas arrival from shape relaxation

A valve command and the environment at the particle need not change at the same instant. The tool uses the same delayed gas-response model as the Gas TEM planner, then adds a separate relaxation time for the shape response.

Use the time slider to follow a pulse from arrival to recovery. Increasing the shape relaxation time produces a larger delay between the changing gas environment and the modeled shape. The plot of gas composition and facet areas helps distinguish these two timescales. The Away from equilibrium readout compares the current facet area shares with those of the instantaneous equilibrium shape.

This is a useful way to frame an in situ observation: is a particle still responding to an earlier environment, or has its shape caught up with the current one?

Compare a 3D structure with what TEM shows

Drag the 3D view or use the arrow keys to change the viewing angle. Switch the projection between side and plan views, then compare an outline with the HAADF-like rendering. Seeing the same structure in more than one view helps identify changes that may be difficult to distinguish in a single projection.

The projection is computed from the geometry. Its HAADF-like appearance represents projected thickness; diffraction, composition-dependent scattering and microscope transfer functions are outside this model. Use it to explore the relationship between shape and image contrast.

For a controlled comparison, change one input at a time: gas composition, pressure, temperature, adhesion or shape relaxation time. Copy settings link preserves the inputs so that a colleague can open the same example. Calculations run in the browser.

From an interactive picture to a research question

The model combines Langmuir adsorption with the Wulff construction for a free FCC particle and the Winterbottom construction for a supported particle. It keeps the particle volume fixed and represents shape relaxation with one timescale. These choices make the effects of surface energies and adhesion easy to compare.

Real particles may also reconstruct, change phase, oxidize, lose material or become trapped in metastable structures. The tool provides a starting point for discussing which measurements would help distinguish those possibilities. The equations, parameter meanings and references are available in Model & assumptions below the interactive view.

How we built and checked the tool

We designed and implemented this tool with Claude Opus 5.5 Max in Claude Code. Starting from an AEML research question—how does a changing gas environment affect particle shape?—we defined the model and its scope, then built the calculations, 3D view and TEM projection in TypeScript, React, SVG and Canvas.

The calculation code and tests were reviewed independently with Codex (GPT-6.1 Sol, Max), and the findings informed revisions. Checks covered reference shapes such as cubes and octahedra, volume conservation, facet area shares and the time response. We also compared polyhedron volumes and surface areas with independent SciPy geometry calculations, and checked the controls on desktop and mobile in both languages.

Open the tool and compare the three examples →

For another view of catalyst evolution, try our catalyst sintering detective to follow particle growth, migration and coalescence.

입자의 모양에도 반응의 단서가 있습니다

지지체 위 촉매 나노입자는 주변 환경에 따라 드러내는 결정면이 달라질 수 있습니다. 기체의 흡착은 각 면의 상대적인 표면 에너지를 바꾸고, 지지체와의 부착은 입자가 얼마나 넓게 퍼지는지에 영향을 줍니다. TEM 영상에서는 이러한 변화가 입자의 윤곽으로 나타나지만, 윤곽만으로 어느 요인이 달라졌는지 구분하기는 쉽지 않습니다.

AEML의 두 번째 연구 도구, 기체에 따라 바뀌는 나노입자 모양은 이 관계를 직접 살펴보도록 만들었습니다. 기체를 전환하고 3D 입자를 회전시키며 TEM 투영 영상과 비교해 보세요. 결정면별 면적 비율과 높이/폭 비율도 함께 바뀌므로, 눈에 보이는 변화를 구조적 특징과 연결할 수 있습니다.

나노입자 형상 도구 열기 →

세 가지 예시로 변화의 차이 살펴보기

예시 버튼은 서로 다른 반응을 보여주도록 여러 입력값을 함께 바꿉니다. 먼저 세 가지 예시를 비교한 뒤 개별 조건을 조절해 보세요.

  • H₂O 첨가 → 둥글어짐: 가스 펄스 전·중·후의 입자를 비교합니다. {111}, {100}, {110} 결정면이 차지하는 면적 비율이 어떻게 달라지는지 살펴보세요.
  • CO 첨가 → 지지체 위로 퍼짐: 기체에 따른 부착 변화가 입자의 높이와 지지체 위에서 차지하는 영역을 어떻게 바꾸는지 확인합니다. 자유 표면의 흡착 조건을 바꿨을 때와도 비교해 보세요.
  • 면 선택 흡착 펄스: 정육면체 ↔ 팔면체: 특정 결정면에 더 강하게 흡착하면 형상의 균형이 어떻게 달라지는지 살펴봅니다. 지지체가 없는 자유 입자를 사용해 결정면 간 경쟁을 보기 쉽게 구성한 예시입니다.

기체 이름은 설명용 시나리오를 구분하는 표시입니다. 입력값은 각 효과를 뚜렷하게 보여주도록 정했으며, 특정 금속–기체 조합의 실험 결과를 맞춘 예측값은 아닙니다.

가스 도착과 형상 변화의 시간을 나누어 보기

밸브를 전환한 시점과 입자 주변의 기체 조성이 바뀌는 시점은 다를 수 있습니다. 이 도구는 Gas TEM 계획기와 같은 가스 응답 모델에, 형상이 변화를 따라가는 별도의 완화 시간을 더했습니다.

시간 슬라이더로 가스 펄스가 도착하고 빠져나가는 과정을 따라가 보세요. 형상 완화 시간을 늘리면 기체 환경 변화와 입자 형상 변화 사이의 지연이 커집니다. 시간에 따른 기체 조성과 결정면별 면적 그래프에서 두 시간척도를 함께 비교할 수 있습니다. 평형 형상과의 차이는 현재 형상과 그 시점의 평형 형상 사이의 결정면 면적 비율 차이를 보여줍니다.

in situ 영상의 한 장면을 해석할 때에도 같은 질문을 던질 수 있습니다. 입자는 아직 이전 환경에 반응하고 있는지, 아니면 현재 환경에 맞는 형상에 가까워졌는지 살펴보는 것입니다.

3D 구조와 TEM에 보이는 모습 연결하기

3D 형상은 마우스 드래그나 방향키로 회전할 수 있습니다. TEM 투영은 측면·평면 방향을 바꾸고, 윤곽과 HAADF처럼 표현한 영상을 비교해 보세요. 같은 구조를 서로 다른 방향에서 보면 한 장의 투영 영상으로는 구분하기 어려운 변화를 이해하는 데 도움이 됩니다.

투영 영상은 입자의 기하학적 구조에서 계산합니다. HAADF처럼 표현한 명암은 투영 두께를 나타내며, 회절·조성에 따른 산란 차이·현미경 전달함수는 포함하지 않습니다. 형상과 영상의 관계를 살펴보는 데 활용해 보세요.

조건을 비교할 때는 기체 조성, 압력, 온도, 부착, 형상 완화 시간 중 하나씩 바꾸는 것이 좋습니다. 설정 공유 링크 복사로 입력값을 담은 링크를 만들면 공동연구자와 같은 예시를 열어 논의할 수 있습니다. 계산은 브라우저 안에서 실행됩니다.

그림을 움직이며 연구 질문 다듬기

모델은 Langmuir 흡착에 자유 FCC 입자의 Wulff 작도와 지지된 입자의 Winterbottom 작도를 결합합니다. 입자 부피를 고정하고, 형상 변화는 하나의 완화 시간으로 표현합니다. 이를 통해 표면 에너지와 부착의 효과를 비교하기 쉽게 구성했습니다.

실제 입자에서는 표면 재구성, 상변화, 산화, 물질의 손실, 준안정 형상에 머무는 현상도 나타날 수 있습니다. 도구를 활용해 가능한 원인을 비교하고, 무엇을 추가로 관찰해야 구분할 수 있을지 논의해 보세요. 수식·입력값의 의미·참고 문헌은 도구 아래의 모델과 가정에서 확인할 수 있습니다.

AI를 활용한 제작과 검증

이 도구는 Claude Code에서 Claude Opus 5.5 Max를 사용해 설계하고 구현했습니다. ‘기체 환경이 달라지면 입자의 형상은 어떻게 변할까?’라는 AEML의 연구 질문에서 출발해 모델과 적용 범위를 정하고, TypeScript·React·SVG·Canvas로 계산과 3D 형상·TEM 투영 시각화를 구현했습니다.

계산 코드와 테스트는 Codex(GPT-6.1 Sol, Max)의 독립 검토를 거쳐 보완했습니다. 정육면체·팔면체와 같은 기준 형상, 부피 보존, 결정면별 면적 비율, 시간에 따른 응답을 확인했으며, 다면체의 부피와 표면적은 SciPy를 이용한 독립 기하 계산과도 대조했습니다. 데스크톱·모바일에서 국·영문 표시와 조작도 점검했습니다.

도구를 열고 세 가지 예시를 비교해 보세요 →

촉매가 변하는 또 다른 모습을 살펴보려면 촉매 입자 소결 판별 도구에서 입자의 성장·이동·합체를 따라가 보세요.

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