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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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Näherungen 13 genaue Verfeinerung der Modellstruktur des Moleküls. Auf diese Weise können Bin- dungslängen und –winkel auf 0,01Å bzw. 0,01° genau bestimmt werden. Neben den theoretischen Schwächen der Modellierung der Elektronenbeugung führen ebenso experimentelle Einflüsse zu leichten Abweichungen von den erwarteten Werten. Abhängig von der Anzahl an Metallclusterionen in der Paulfalle ergibt sich aufgrund der Coulombabstoßung untereinander und des Potenzialgradienten des elektrodynami- schen Fallenfeldes eine Clusterionenwolke mit endlicher Ausdehnung. Ihre Größe ist durch das Raumladungslimit begrenzt. Die mittlere Ionenverteilung hat zunächst einen gaußförmigen Verlauf um das Fallenzentrum und wird, wie von M. Kordel durch orts- aufgelöste Fluoreszenzmessungen gezeigt, für größere Ensembles zu einer Plateaufunk- tion.35 Das aufgezeichnete Beugungsmuster entspricht dann der Mittelung aus den ge- falteten Wahrscheinlichkeiten der verschiedenen Elektronen- und Clusterionenvertei- lungen (siehe Abbildung 3, links). Des Weiteren werden die Speichereigenschaften der Falle durch jede Abweichung von theoretisch optimaler Elektrodengeometrie beein- flusst. Zum ein- und auskoppeln des Elektronenstrahls befindet sich in den Endkappen- elektroden eine minimale Öffnung von 1,5mm. Wie in Abbildung 3 (rechts) zu erken- nen, führt diese zur Abschattung für große Streuwinkel für Elektrodenöffnungen kleiner 3mm (siehe Anhang C). Die Folge sind ein im Vergleich zum Modell systematisch verminderten experimentellen Streuanteil, der, wie später in den Strukturanpassungen in Kapitel 5 zu erkennen ist, einer zusätzlichen Dämpfung des Gesamtsignals zu großen Streuwinkeln entspricht. Abbildung 3: links – Räumliche Ausdehnung der Clusterionenwolke in der Paulfalle sowie des Elektronenstrahls. Angegeben Zahlen entsprechen der Standardabweichung σ einer gauß- förmigen Verteilung. rechts – Simulierte Beugungsbilder mit zusätzlicher Berücksichtigung einer Endkappenelektrode mit Loch verschiedener Größen (logarithmische Skala). Beim Erhöhen der Anzahl an Streuzentren in der Falle gilt des Weiteren zu beachten, dass die Wahrscheinlichkeit der Streuung eines Clusters mit einem Elektron, das bereits zuvor einen Streuprozess durchlaufen hat, zunimmt. Diese Mehrfachstreuung oder auch Dreiatomstreuung genannt kann sowohl an zwei verschiedenen Clustern stattfinden, was aufgrund der geringen Teilchendichte im TIED-Experiment ausgeschlossen werden 1,5mm 0,5mm 3mm∞
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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
Titel
Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
Autor
Thomas Rapps
Verlag
KIT Scientific Publishing
Datum
2012
Sprache
deutsch
Lizenz
CC BY-NC-ND 3.0
ISBN
978-3-86644-878-0
Abmessungen
21.0 x 29.7 cm
Seiten
390
Schlagwörter
Elektronenbeugung, Nano-Metallcluster, Gasphase, massenselektiv, Strukturbestimmung
Kategorien
Naturwissenschaften Chemie

Inhaltsverzeichnis

  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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