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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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324 Abbildungsverzeichnis Abbildung 99: Anpassungen von Pd105− modelliert durch zwei unterschiedliche Festkörperausschnitte: gekappter Oktaeder und fcc-Schichten sowie einer dekaedrischen Struktur. .................................................... 116 Abbildung 100: Anpassungen der Festkörperausschnitte: Oktaeder, gekappter Oktaeder und Kuboktaeder von Pd147−. ............................................... 117 Abbildung 101: Experimentelle sMexp-Funktionen von Palladiumclusteranionen und -kationen. Variiert ist die Palladiumclustergröße (n = 13, 26, 38, 55). ............................................................................. 119 Abbildung 102: Anpassungen von Pd26+. ...................................................................... 120 Abbildung 103: Anpassungen von Pd38+.. ..................................................................... 120 Abbildung 104: Anpassung des Mackayikosaeders (Ih) von Pd55+. .............................. 121 Abbildung 105: Struktureller Übergang in Palladiumclusteranionen (Pdn−) hin zur Festkörperstruktur (fcc) zwischen n = 85–105 Atomen. ..................... 122 Abbildung 106: links – mittlerer Bindungsabstand von Pdn+/− (n = 13–147) als Funktion der mittleren Koordinationszahl. rechts – n-Abhängigkeit des atomaren Clustervolumens bezogen auf Pd2. ................................ 125 Abbildung 107: links – Diffusionspfad des Wasserstoffs im Palladiumkristallgitter. mitte – Schematische Darstellungen der dabei durchlaufenden Zustände (Energetik). rechts – Stark vereinfachte qualitative Erklärung eines Isotopeneffekts. ......................................................... 129 Abbildung 108: Flugzeitmassenspektren von Palladiumclusteranionen ohne und mit H2 im Trägergas. ................................................................................. 131 Abbildung 109: links – Ladungszustandsabhängigkeit der Wasserstoffanzahl in Palladiumclusterionen sowie ein Schema möglicher Adsorptionsmodi. rechts – Die Variation der H2-Menge im Trägergas zeigt eine Sättigung der Wasserstoffbelegung. .................. 132 Abbildung 110: Experimentelle sMexp-Funktionen von reinen Palladiumclusterionen und wasserstoffbeladenen. Variiert ist die Palladiummenge (n = 13, 26, 38, 55) und der Ladungszustand (−/+). ......................................... 133 Abbildung 111: Einfluss der Wasserstoffaufnahme auf die theoretische sMtheo- Funktion eines Pd13-Ikosaeders bei Inkorporation sowie einer oberflächlichen Belegung mit H-Atomen. .......................................... 134 Abbildung 112: links – Verlauf der Gesamtenergie der Populationen von Pd13−(H21) über 19 Generationen unter Verwendung eines genetischen Algorithmus. rechts – Danach verbleibende Strukturmotive. ............. 134 Abbildung 113: links – Gupta-GA Struktur von Pd26−(H26). rechts – Ergebnisse der DFT-Geometrieoptimierung nach ca. 500 Schritten. .......................... 135 Abbildung 114: Isomere von Pd13−(Hx) mit unterschiedlichen Wasserstoffbelegungen (x = 20–23). ................................................... 136 Abbildung 115: Wasserstoffinduzierte Strukturänderung des Clusters Pd13−(H21). ...... 137 Abbildung 116: Wasserstoffinduzierte Strukturänderung des Clusters Pd26−(H26). ...... 138 Abbildung 117: Verschiedene Ansichten des Palladiumkerns aus Pd26–(H26) sowie des experimentell nicht gefundenen Isomers mit der niedrigsten berechneten Energie für Pd26––(1). ...................................................... 139 Abbildung 118: Wasserstoffaufnahme von Palladiumclusterionen (+/−) als Funktion der Ladung und isotopenabhängig. ...................................... 141
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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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