Page - (000009) - in Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung

i Abstract Structure determination of metal cluster ions by gas phase electron diffraction. In the present thesis structural properties and thermal stabilities of monodispersed nano- metal particles are investigated in the size range of 0.5–1.8nm. Due to their non-scalable behaviour this information is necessary to comprehend and predict possible nanotechno- logical applications. Gas-phase electron diffraction is applied to trapped isolated clus- ters and analyzed in combination with candidate structures from density functional or semiempirical calculations to achieve structure determination and measure particle siz- es. A systematic evaluation of structural changes due to size, charge state, temperature and small adsorbates is given. As a main topic transition metal clusters of 55 atoms ex- hibit a remarkable structural correlation to their bulk crystals. In two cases a hydrogen- induced structural transition of palladium clusters was observed. It has to be shown in further experiments whether these properties persist in functional devices on surface or in solution. Keywords: electron diffraction, nano-metal clusters, ion trap, size-selective, gas-phase, structure determination, density functional theory, genetic algorithm Kurzfassung Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektro- nenbeugung. Die vorliegende Arbeit widmet sich den strukturellen Eigenschaften und der thermischen Stabilität monodisperser metallischer Nanopartikel im Größenbereich von 0,5–1,8nm. Sie zeigen ein nicht-skalierendes Verhalten und deswegen sind solche Informationen notwendig, um nanotechnologische Anwendungen zu verstehen und vor- herzusagen. Die angewandte Technik der Elektronenbeugung an gespeicherten isolier- ten Clustern in der Gasphase erlaubt in Kombination mit Kandidatstrukturen aus Dich- tefunktional- oder semiempirischer Theorie eine direkte Interpretation von Struktur oder Bindungsmotiv und ein Vermessen der Partikelgröße. Die vorgestellten Ergebnisse do- kumentieren systematisch wie stark Atomzahl, Ladungszustand, Temperatur und kleine Adsorbatmoleküle Einfluss nehmen. Im Schwerpunkt der Übergangsmetalle wird eine bemerkenswerte Korrelation der Clusterstruktur aus 55 Atomen zum unter Normalbe- dingungen gebildeten Festkörperkristallgitter gefunden. In zwei Fällen tritt ein wasser- stoffinduzierter Strukturwandel von Palladiumclustern ein. Es bleibt zu zeigen, inwie- fern die gefundenen Eigenschaften in funktionalen Anwendungssystemen auf Oberflä- chen oder in Lösungen erhalten bleiben. Schlagwörter: Elektronenbeugung, Nano-Metallcluster, Ionenfalle, massenselektiv, Gasphase, Strukturbestimmung, Dichtefunktionaltheorie, genetischer Algorithmus