Page - 37 - in Strukturaufklärung durch Mobilitätsmessungen an massenselektierten Clusterionen in der Gasphase

4. Borcluster-Kationen 4.1. Einleitung Bor bildet in der Natur viele verschiedene komplexe Kristallstrukturen aus, die die Vielfalt des im Periodensystem der Elemente (PSE) direkt benachbarten Kohlen- stoff deutlich u¨bersteigt. Zwei dieser Strukturen enthalten stark gebundene Iko- saeder als Einheiten: das α-rhomboedrische und das β-rhomboedrische Bor. Die β-rhomboedrische Modifikation ist die thermodynamisch stabilste. Die dominante Struktureinheit vieler Modifikationen ist der charakteristische B12-Ikosaeder [57]. Ein Problem beim Verstehen und Erforschen elektronischer und struktureller Eigen- schaften auf einer fundamentalen Ebene ist das exakte Berechnen von elektronischen Strukturen vor allem bei Systemen mit vielen Elektronen. Aus dieser Sicht ist Bor mit seinen drei Valenzelektronen bzw. mit seinen insgesamt 5 Elektronen ein sehr geeig- netes System, um solche Untersuchungen durchzufu¨hren. Außerdem sind Borcluster und Cluster, die viele Boratome enthalten, aus materialwissenschaftlicher Sicht in- teressant. Es handelt sich hierbei zum Beispiel um ein Material, das wegen seiner hohen Energiedichte und des geringen Gewichts als Raketentreibstoff diskutiert wird [23, 37, 58–64]. Bor besitzt strukturelle, elektronische und thermoelektronische Ei- genschaften, die einen weiten Bereich im Vergleich zu anderen Elementen abdecken ko¨nnen. Gru¨nde fu¨r die Ausbildung starker chemischer Bindungen zwischen Bor und anderen Elementen ist der Elektronenmangel im p-Orbital und der geringe kovalente Radius. Daher sind auch Borane, Borhydride und Metall-Bor-Verbindungen besser bekannt als das Element selbst. U¨ber Borcluster ist bisher nur sehr wenig bekannt. Seit mehr als 20 Jahren werden Experimente an massenselektierten Borclustern durchgefu¨hrt. Ein erstes Massenspektrum sowie Stoßquerschnitte der Cluster in ei- nem Gro¨ßenbereich von zwei bis acht Atomen in Abha¨ngigkeit der Kollisionsenergien mit Xenon wurden bereits 1987/1988 von Hanley et al. [59] gemessen. Sie verwen- deten ein isotopenreines aus Bor-11 bestehendes Target. Der stabilste Cluster in diesem Gro¨ßenbereich besitzt fu¨nf Atome. Auffa¨llig ist weiterhin die relativ geringe Intensita¨t des 9-atomigen sowie des 12-atomigen Clusters. Der gro¨ßte Cluster, der erzeugt wurde, ist das B+20. Des Weiteren wurden Stoßquerschnitte der Cluster in einem Gro¨ßenbereich von zwei bis acht Atomen in Abha¨ngigkeit der Kollisionsener- gien (5,10,20eV) mit Xenon bestimmt. Dabei ist zu erkennen, dass B+3 , B + 4 sowie 37