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256 Der Temperatureinfluss auf die Gleichgewichtsstruktur von Metallclusterionen
6.3.3 Zusammenfassung und Bewertung
Für die mit Beugungsexperimenten untersuchten Aluminiumclusteranionen Aln−, die im
Größenbereich zwischen 55 und 147 Atomen ausgewählt wurden, kann man resümie-
ren, dass bis zu einer Temperatur von T = 530K in keinem Fall ein (vollständiges)
Schmelzen beobachtet werden konnte. Die Gleichgewichtsgeometrien bei niedrigen
Temperaturen (95K) zeigen anders als viele der bisher gezeigten Cluster der Über-
gangsmetalle kein ikosaedrisches Bindungsmotiv. Ebenso findet man für Al55– kein wei-
teres der typischen Beugungsmuster, das denen der Elemente in Kapitel 5.5 ähnelt.
Vielmehr beobachtet man bereits bei dem Nanoteilchen Al147– die periodische Atoman-
ordnung eines fcc-Festkörperkristalls. Solch eine frühe Ausbildung des makroskopi-
schen Bindungsmotivs ist sehr bemerkenswert und wurde in dieser Arbeit sonst nur
noch bei Clustern des Elements Palladium beobachtet.
Im Übergangsbereich der Clustergrößen hin zu solchen fcc-Strukturen existieren mög-
licherweise metastabile Spezies, die bei der Clustererzeugung z.B. durch epitaktisches
Wachstum oder zu hohe Kühlraten entstehen können, und beim Erhöhen ihrer Tempera-
turen in eine thermodynamisch stabile Konfiguration überführt werden. Sowohl Al116–
wie auch Al128– zeigen in heißen Systemzuständen die für fcc-Strukturen charakteristi-
schen Signaturen im Beugungsspektrum. Bei tiefen Temperaturen dahingegen zeigt sich
insbesondere im Fall des Clusters Al116– ein deutlich verändertes Streubild.
Die temperaturabhängigen Veränderungen der Clusterstrukturen lassen sich anhand der
vorliegenden Beugungsdaten abschließend nicht eindeutig klären. Die untersuchten
Spezies können sowohl in thermodynamischen wie auch metastabilen Zuständen vorlie-
gen. Stoßdissoziationsexperimente von Jarrold et al. an kationischen Clustern2 aus einer
Laserverdampfungsquelle und außerdem in einem kleineren Größenbereich gefundene
Verhaltensähnlichkeiten zu anionischen Strukturen legen nahe, dass es sich bei den Be-
obachtungen in den Beugungsexperimenten von Al116– und Al128– um thermisch indu-
zierte Veränderungen an metastabilen Strukturen handeln könnte. Ebenso liegt es je-
doch auch im Rahmen des Möglichen, dass die bei unterschiedlichen Temperaturen
gebildeten und dann im TIED-Experiment untersuchten Clusterstrukturen den thermo-
dynamischen Gleichgewichtsgeometrien entsprechen. Gegenüber Laserverdampfungs-
quellen verläuft der Aggregationsprozess in einer Magnetronsputterquelle signifikant
langsamer, was für die Bildung thermodynamischer Gleichgewichte von Vorteil ist.
Zur Überprüfung der Hypothesen wäre es notwendig die generierten Clusterionen vor
der Untersuchung einem systematischen Temperprozess zu unterziehen, was z.B. in
einer vorgeschalteten Heizregion geschehen könnte. Hiermit könnte der mögliche Ein-
fluss eines zu schnellen Clusterwachstums in der Aggregationsquelle oder die Existenz
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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
- Abstract
- 1 Einleitung 1
- 2 Elektronenbeugung in der Gasphase (GED) 5
- 3 Das TIED-Experiment 15
- 4 Heuristik der Clusterstrukturfindung 35
- 5 Strukturen von Metallclusterionen 45
- 5.1 Kleine Käfigstrukturen magnetisch dotierter Goldcluster (M@Aun−, M = Fe, Co, Ni; n = 12–15) 45
- 5.2 Ladungsabhängige Strukturunterschiede von kleinen Bismutclustern 68
- 5.3 Palladiumcluster (Pdn−/+, 13 ≤ n ≤ 147) 91
- 5.4 Wasserstoffadsorptionseigenschaften von massenselektierten Palladiumclustern 128
- 5.5 3d-/4d-/5d-Übergangsmetallcluster aus 55 Atomen 152
- 5.6 Strukturelle Entwicklung später Übergangsmetallcluster (Co, Ni, Cu, Ag) 184
- 6 Der Temperatureinfluss auf die Gleichgewichtsstruktur von Metallclusterionen 205
- 7 Statistische Untersuchungen zur Datenanalyse 259
- 8 Zusammenfassung und Ausblick 273
- Anhang A: Beugungsdaten weiterer Metallclusterionen 279
- A.1 Entwicklung der Clusterstruktur verschiedener Elemente der Gruppe 14 (Si, Sn, Pb) 279
- A.2 Schmelzen des Clusters Pb55− 283
- A.3 Der Zinncluster Sn13+ 379 286
- A.4 Strukturmotiv von Clustern des bcc-Elements Tantal 288
- A.5 Thermisch induzierte Oberflächenrekonstruktion beinahe geschlossenschaliger Silbercluster (Ag55±x−, x = 1–2) 290
- A.6 Möglicher Strukturübergang bei Silberclusterionen (Agn−, n = 80–98) 295
- A.7 Reine Goldcluster größer 20 Atome 296
- Anhang B: Apparative Entwicklung 305
- Anhang C: Einfluss der Fallengeometrie auf große Streuwinkel 311
- Anhang D: CNA-Analyse des zehnatomigen Strukturensembles 313
- Anhang A: Beugungsdaten weiterer Metallclusterionen 279
- Abbildungsverzeichnis 321
- Tabellenverzeichnis 331
- Literaturverzeichnis 333