Seite - 1 - in Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung

1 1 Einleitung Konzepte zum Verständnis von Clusterverbindungen spielen bei zahlreichen nanotech- nologischen Anwendungen eine Rolle. Für etliche dokumentierte Fälle bei denen weni- ger als 100 Atome die Clusterstruktur etablieren, weiß man bereits um die maßgebliche Abhängigkeit von der Größe der Partikel. Man beobachtete zudem, dass sich Bin- dungsmotive zum Teil von denen in einem Festkörper deutlich unterscheiden: Jedes Atom und jedes Elektron zählt. Ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften wechseln auf vielfältige Weise. Nachgewiesen ist dies etwa für die Schmelztemperatu- ren von Natrium-1 oder Aluminiumclustern2, Wasserstoffspeichereigenschaften von nanoporösen Materialien3,4 oder die katalytische Aktivität von deponierten Gold- und Silberclustern bezüglich Oxidation organischer Verbindungen5,6. Zum besseren Ver- ständnis solcher nicht mit der Atomanzahl skalierenden Eigenschaften ist die genaue Kenntnis der Clusterstrukturen und ihres Bindungsverhaltens bei experimenteller Unter- suchung richtungsweisend. Mit derartigem Wissen wird es möglich sein Nanostrukturen vorherzusagen. Und im nächsten Schritt könnte es möglich werden maßgeschneiderte Clusterstrukturen zu kreieren. Grundsätzlich lassen sich Cluster deponiert auf Oberflächen, in gelöster Form und wechselwirkungsfrei in der Gasphase experimentell erkunden. Für Untersuchungen in der Gasphase wie sie in dieser Arbeit angestrengt wurden, sind vor allem vier Verfahren gebräuchlich. Wegen der notwendigen Massenselektion werden in der Regel elektrisch geladene Zustände des Clusters charakterisiert. Ionenmobilitätspektrometrie7 untersucht die Clustergestalt und korreliert experimen- telle Stoßquerschnitte mit Modellstrukturen. Da hier die Clusteroberfläche auf direkte Weise abgetastet wird, nimmt die Sensitivität mit zunehmender Partikelgröße stark ab. In der Photoelektronen- und Photodissoziationsspektroskopie nutzt man die unter- schiedlichen Anregungsmöglichkeiten von elektronischen und Schwingungszuständen der Cluster. Beide Anwendungen zählen zu indirekt begutachtenden Methoden und lie- fern zunächst nur Informationen über die elektronische Struktur und nicht die genauen Positionen der Atomkerne in einer Verbindung. Für sie gilt dieselbe Problematik in Be- zug auf größere Nanoteilchen, da theoretische Vorhersagen der Übergangsmomente schwieriger und ihre Spektren entsprechend komplexer werden. Im TIED-Experiment (trapped ion electron diffraction)8–10 werden Strukturen von massenselektierten, monodispersen Metallclusterionen mit wohldefinierten Schwin- gungstemperaturen um T = 95±5K in der Gasphase unter Ultrahochvakuumbedingungen mit Hilfe von Elektronenbeugung auf direktem Weg und mit einer sehr hohen Empfind-