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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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Aluminiumcluster 243 Aufgrund des relativ hohen Rw-Werts (9,4%) kann dieser Strukturtyp (3) eindeutig aus- geschlossen werden. Die beste Übereinstimmung mit dem Beugungsexperiment wird mit dem fcc-ähnlichen Isomer (2) möglich (Rw = 3,4%). Einen äquivalenten Wert erhält man für Isomer (1) (3,6%). Obwohl beide Strukturtypen ein deutlich anderes Bin- dungsmotiv darstellen, wird aufgrund des Rw-Werts keines begünstigt. Begutachtet man daraufhin die qualitative Übereinstimmung der sMtheo-Modellfunktionen als weiteren Anhaltspunkt, so muss jedoch das fcc-artige Isomer mit dem kleinsten Rw-Wert als hauptbeitragender Anteil am Clusterensemble ausgeschlossen werden (siehe Abbildung 172). Ein Doppelmaximum der sMexp-Funktion kann um s ≈ 5Å-1 nicht beobachtet wer- den. Stattdessen passt der Verlauf des Strukturkandidats (1) bis auf den (stark gewichte- ten und den Betrag des Rw-Werts bestimmenden) Bereich um s = 3,8Å-1 sehr gut. Eine Mischung der Isomere (1) und (2) im Verhältnis 60:40 führt zu einer Verbesserung des Rw-Werts auf 2,2%. Die Übereinstimmung der zusammengesetzten sM-Funktion ist im Verlauf des zweiten und dritten Maximums der Streuamplitude weiterhin nicht optimal, weshalb vermutet werden muss, dass so eine Mischung dieser Strukturen im TIED- Experiment möglicherweise nicht vorlag. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass die unter- suchten Clusterionen eine Struktur aus einer (um s ≈ 3,8Å-1 dann besser übereinstim- mende) oder sogar beiden (Mischung) dieser Strukturfamilien besitzen. Abbildung 172: Experimentelle sMexp-Funktion (schwarze offene Kreise) und theoretische sMtheo-Funktion (rote Linie) der Isomere 1 (dekaedrisch) und 2 (fcc mit Fehlstellen)347 von Al69− sowie einer Mischung (60:40). Die blaue Linie entspricht der gewichteten Abweichung ΔwsM. Al147− Für den Cluster Al147− kann man im Beugungsbild eine klare fcc-Signatur erkennen (siehe Abbildung 173). Der Vergleich verschiedener Festkörperausschnitte (vgl. Palla- diumcluster, Abschnitt 5.3.3) deutet präferenziell auf das neben der Anpassung darge- 0 2 0 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 -2 0 2 -2 0 2 s / Å-1 -2 0 2 -2 0 2 (2) (1+2) (1)
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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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