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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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326 Abbildungsverzeichnis Abbildung 137: Verschiedene überprüfte vom Mackayikosaeder abgeleitete Isomere von Zr55–. ............................................................................... 176 Abbildung 138: Anpassungen von Au55− sowie eine Darstellung der experimentellen sMexp-Funktion von Au55+. ........................................ 178 Abbildung 139: Anpassungen von Pd55− und Pd55+....................................................... 178 Abbildung 140: links – mittlere Bindungslängen der 3d-/4d-/5d-Übergangsmetalle in der Clusterstruktur M55– und im Festkörperkristall. rechts – entsprechende Bindungsenergien. ....................................................... 180 Abbildung 141: Zur Ausbildung eines perfekten hcp-Schichtausschnitts ABA ist die ausschließlich für Cobalt gefundene Ih-Struktur mit einem Krümmungswinkel von nahezu 0° günstig. ........................................ 182 Abbildung 142: Verwendetes semiempirisches Potenzial (Gupta) zur Struktursuche großer Cluster von Co, Ni, Cu und Ag unter Verwendung eines GA. ...................................................................................................... 185 Abbildung 143: Auswahl von Strukturmotiven mit geometrischen Schalenabschlüssen. ............................................................................ 186 Abbildung 144: links – Überschussenergie Δ(N) der Strukturmotive Ikosaeder (Ih), Dekaeder (Dh) und fcc gegenüber dem Festkörperkristall als Funktion der Atomanzahl N. rechts – Phasendiagramm der Strukturmotive für Silbercluster (Sutton-Chen-Potenzial). ................. 187 Abbildung 145: Einfluss einer dritten Atomschale auf charakteristische Beugungsmuster (sMtheo -Modellfunktionen) der Strukturmotive Mackayikosaeder, Inodekaeder, Marksdekaeder und Kuboktaeder. ... 189 Abbildung 146: Übersicht der experimentellen sMexp-Funktionen der späten Übergangsmetallcluster (Co, Ni, Cu, Ag) verschiedener Größen. ...... 191 Abbildung 147: Anpassungen von Cu147− der vier Strukturmotive: Ikosaeder, gekappter Dekaeder, Marksdekaeder und Kuboktaeder. .................... 192 Abbildung 148: Anpassungen von Cu71−, Cu105−, Cu116− und Cu251−. ........................... 194 Abbildung 149: links – mittlerer Bindungsabstand von Cun− (n = 19–251) als Funktion der mittleren Koordinationszahl. rechts – n-Abhängigkeit des atomaren Clustervolumens von Mn− (M = Cu, Ni, Co, Ag). ........ 201 Abbildung 150: Isomere von Cu19−. .............................................................................. 207 Abbildung 151: Anpassungen von Cu19−. ..................................................................... 208 Abbildung 152: Isomere von Cu26−. .............................................................................. 208 Abbildung 153: Anpassungen von Cu26−. ..................................................................... 209 Abbildung 154: Isomere von Cu34−. .............................................................................. 210 Abbildung 155: Anpassungen von Cu34−. ..................................................................... 210 Abbildung 156: Vier Strukturtypen von Cu38− bis Cu40−. ............................................. 211 Abbildung 157: Anpassungen von Cu38− bis Cu40−. ...................................................... 212 Abbildung 158: Isomere von Cu54− bis Cu57−. ............................................................... 213 Abbildung 159: Anpassungen von Cu54−, Cu56− und Cu57−. .......................................... 214 Abbildung 160: Experimentelle sMexp-Funktionen der Kupferclusteranionen Cun− (n = 26, 34, 38–40, 71) bei T = 95K und T = 530K. ........................... 216 Abbildung 161: Anpassungen von Cu34− (T = 530K). .................................................. 218 Abbildung 162: Ursache des für polyikosaedrische Strukturen typischen Beugungsmusters mit Doppelmaximum der Streufunktion. ............... 219
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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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