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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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3d-/4d-/5d-Übergangsmetallcluster aus 55 Atomen 163 ( ) ( )i ic R B ij ij i i j E E E V r > = + =∑ ∑ i i A ρ− ∑ (64) mit ( ) ( ) ( ) 2 2 0 1 2 0 ij ij ij ij ij r c c c r c r r cV r r c , , ,  − + + ≤ =  > (65) und ( ) ( ) ( ) ( )32 1 0 ij iji ij ij ij ij j i j r d r d r dr r d r d , ,, , βρ φ φ = ≠  − − + ≤= =  > ∑ (66) Der Parameter A entspricht einer Bindungsenergie, cn (n = 0, 1, 2) sind freie an experi- mentelle Daten angepasste Parameter, c und d repräsentieren die Abschneidewerte, die typischerweise zwischen dem zweit- und drittnächsten Nachbaratom liegen. Die Größe β wird eingeführt, um ein Maximum von φ im Bereich zum nächsten Nachbaratom zu erzeugen. Nicht für jedes Element wird ein β-Term berücksichtigt. In Abbildung 127 ist der Potenzialverlauf der Übergangsmetalle Mo (β = 0) und Fe (β ≠ 0) als Funktion des Abstands r zwischen zwei Atomen dargestellt. In ersterem wird nicht das experimentell für bcc-Elemente gut anpassbare FS-Isomer als globales Minimum gefunden, sondern eine vom Mackayikosaeder abgeleitete D5-Struktur263. Die durch β eingeführte Eigen- schaft ist für diese beiden Fälle wahrscheinlich signifikant. Abbildung 130: Verlauf des semiempirischen Finnis-Sinclair-Potenzials.262 Das FS-Potenzial besitzt zwei wichtige Eigenschaften: 1. Die Bindungsenergie (pro Atom) ist in einer bcc-Phase stets höher als in einer fcc-Phase. 2. Es existiert eine Ener- giebarriere entlang der Bain-Deformationskoordinate264 von bcc- über ein bct-Martensit (bct, body centered tetragonal) nach fcc-Kristallstruktur. Durch die Festlegung von β ≠ 0 erhält man bei gegebenem d und hinreichend kleinem r eine (unphysikalische) negative Elektronendichte ρi. Verwendet man die Eisenparame- ter, so tritt dieses Verhalten im Bereich r < 1,65Å auf, der aus diesem Grund in der obi- 2 3 4 5 6 -2 0 2 Abstand r (Å) Co Ni M Fe
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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
Title
Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
Author
Thomas Rapps
Publisher
KIT Scientific Publishing
Date
2012
Language
German
License
CC BY-NC-ND 3.0
ISBN
978-3-86644-878-0
Size
21.0 x 29.7 cm
Pages
390
Keywords
Elektronenbeugung, Nano-Metallcluster, Gasphase, massenselektiv, Strukturbestimmung
Categories
Naturwissenschaften Chemie

Table of contents

  1. Abstract
  2. 1 Einleitung 1
  3. 2 Elektronenbeugung in der Gasphase (GED) 5
    1. 2.1 Einführung in die Streutheorie 7
    2. 2.2 Streuung am Molekül 9
    3. 2.3 Anwendung der Streutheorie 10
    4. 2.4 Näherungen 11
  4. 3 Das TIED-Experiment 15
    1. 3.1 Das Vakuumsystem 17
    2. 3.2 Die Clusterquelle 17
    3. 3.3 Das Flugzeitmassenspektrometer 20
    4. 3.4 Der Massenfilter 21
    5. 3.5 Die Paulfalle 23
    6. 3.6 Durchführung des Beugungsexperiments 27
    7. 3.7 Datenanalyse 29
  5. 4 Heuristik der Clusterstrukturfindung 35
    1. 4.1 Dichtefunktionaltheorie 35
    2. 4.2 Genetischer Algorithmus (GA) 42
  6. 5 Strukturen von Metallclusterionen 45
    1. 5.1 Kleine Käfigstrukturen magnetisch dotierter Goldcluster (M@Aun−, M = Fe, Co, Ni; n = 12–15) 45
    2. 5.2 Ladungsabhängige Strukturunterschiede von kleinen Bismutclustern 68
    3. 5.3 Palladiumcluster (Pdn−/+, 13 ≤ n ≤ 147) 91
    4. 5.4 Wasserstoffadsorptionseigenschaften von massenselektierten Palladiumclustern 128
    5. 5.5 3d-/4d-/5d-Übergangsmetallcluster aus 55 Atomen 152
    6. 5.6 Strukturelle Entwicklung später Übergangsmetallcluster (Co, Ni, Cu, Ag) 184
  7. 6 Der Temperatureinfluss auf die Gleichgewichtsstruktur von Metallclusterionen 205
    1. 6.1 Kupfercluster (Cun−, 19 ≤ n ≤ 71) 205
    2. 6.2 Thermisch induzierte Oberflächenrekonstruktion beinahe geschlossenschaliger Kupfercluster (Cu55±x−, x = 1–2) 226
    3. 6.3 Aluminiumcluster (Aln−, 55 ≤ n ≤ 147) 240
  8. 7 Statistische Untersuchungen zur Datenanalyse 259
  9. 8 Zusammenfassung und Ausblick 273
    1. Anhang A: Beugungsdaten weiterer Metallclusterionen 279
      1. A.1 Entwicklung der Clusterstruktur verschiedener Elemente der Gruppe 14 (Si, Sn, Pb) 279
      2. A.2 Schmelzen des Clusters Pb55− 283
      3. A.3 Der Zinncluster Sn13+ 379 286
      4. A.4 Strukturmotiv von Clustern des bcc-Elements Tantal 288
      5. A.5 Thermisch induzierte Oberflächenrekonstruktion beinahe geschlossenschaliger Silbercluster (Ag55±x−, x = 1–2) 290
      6. A.6 Möglicher Strukturübergang bei Silberclusterionen (Agn−, n = 80–98) 295
      7. A.7 Reine Goldcluster größer 20 Atome 296
    2. Anhang B: Apparative Entwicklung 305
      1. B.1 Erhöhung der Sensitivität 305
      2. B.2 Designstudie zur Auflösungserhöhung des TOF-Instruments 306
    3. Anhang C: Einfluss der Fallengeometrie auf große Streuwinkel 311
    4. Anhang D: CNA-Analyse des zehnatomigen Strukturensembles 313
  10. Abbildungsverzeichnis 321
  11. Tabellenverzeichnis 331
  12. Literaturverzeichnis 333
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