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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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Datenanalyse 31 ( ) ( ) ( ) 2 3 2 42 12 342 3 2  DWF exp ' ' 'NN NNe ij ij D DB D T TTs m m r s m r s mk θ θθ         ≈ − − + +              . (35) Dabei ist ersichtlich, dass insbesondere große Streuwinkel s’ von dieser Größe m34 be- einflusst werden. Die aus temperaturabhängigen Beugungsexperimenten bestimmten einzelnen Beiträge sind in Tabelle 1 für die Elemente Al, Cu und Ag in ihren Festkör- perkristallen exemplarisch gezeigt. Der in dieser Arbeit verwendete DWF, der lediglich harmonische Beiträge berücksich- tigt, kann die beiden in einer ähnlichen Größenordnung liegenden Parameter m12 und me erfassen. Wie später in Kapitel 6 an den Streudaten hochtemperierter Clusterionenen- sembles (T = 530K) zu erkennen, wird eine Anpassung von sMtheo-Modellfunktionen durch die zunehmenden anharmonischen Anteile insbesondere bei großen s-Werten auf diese Weise unzureichend. Hier ist die Verwendung einer aus einem simulierten Clus- terensemble gewonnenen Modellfunktion sinnvoll. Tabelle 1: Anharmonische Parameter einiger fcc-Kristallstrukturen (siehe Text).53 m12+me m12 m34 Al 8,8·10-5 3,1·10-5 – 3,0·10-8 (100) Fläche Cu 2,8·10-5 1,2·10-5 8·10-10 4·10-10 (100) Fläche (111) Fläche Ag 1,6·10-5 -5,8·10-5 – Zuletzt wird eine Skalierung der Abszisse s zugelassen. Damit können systematische Fehler bei der Berechnung der Bindungslängen in der Modellstruktur berücksichtigt und absolute Werte für die experimentelle Struktur gewonnen werden. Letztere entsprechen damit stets mittleren Abständen innerhalb der harmonischen Näherung der Schwin- gungsauslenkung. Der Zusammenhang zwischen s und s’ ist linear: ' ds k s= . (36) Die endliche Ausdehnung der Clusterionenwolke (bzw. des Elektronenstrahls) und die damit einhergehenden abweichenden Positionen einzelner Streuer vom Fallenzentrum führt zu einer Verbreiterung der experimentellen sMexp-Funktion (siehe Abbildung 3). Anschaulich gesprochen erhält man ein verschwommenes Bild durch Überlagerungen ein und derselben Abbildung, deren Ursprünge im Raum um Δx, Δy und Δz versetzt liegen. Um dies zu berücksichtigen wird die theoretische sMtheo-Funktion durch ein glei- tendes Mittel von 7–9 Pixel (je nach experimenteller Clusterionendichte) verbreitert. Die experimentelle molekulare Beugungsintensität sMexp wird analog zu Gleichung (12) aus der gesamten Beugungsintensität I(s) erhalten:
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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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