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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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Palladiumcluster 125 Da für geladene Palladiumcluster Pdn+/– bisher magnetische Eigenschaften weder ausge- schlossen noch bestätigt sind, kann man Hinweise hierauf anhand wechselnder Atomvo- lumina in den unterschiedlichen Clustergrößen und –ladungszuständen suchen. Metho- denbedingt ist das direkte Erfassen der magnetischen Eigenschaft im TIED-Experiment nicht möglich. Die Analyse der oben zugeordneten Modellstrukturen anhand der Beu- gungsdaten erlaubt aber die Bestimmung absoluter mittlerer Bindungslängen (ANND, averaged nearest neighbor distance). Das Volumen eines Clusters mit n Atomen be- rechnet sich näherungsweise nach folgender Formel:199 ( ) 34 3 2ANND ANNDV n π  =     . (62) Die v.a. in den Fällen kleiner Clustergrößen zugeordneten Modellstrukturen erlauben zum Teil keine scharfe Trennung in die Kategorien nächste und übernächste Nachbarn, sodass hier eine höhere Unsicherheit der extrahierten Werte anzunehmen ist. Der ANND wird aus der Summe von Abständen zu jenen nächsten Nachbaratomen dij be- stimmt, deren Paarindices (i, j) einem Abstand unterhalb eines kritischen Abstands dcutoff entsprechen. Nach Teilen mit der Gesamtzahl N an insgesamt berücksichtigten Bindun- gen dij erhält man: 1 N ij i j ANND d N < = ⋅∑ mit ij cutoffd d< . (63) Das Schnittkriterium ist mit dcutoff = 1,25·dmin relativ zum kleinsten gefundenen Abstand dmin verknüpft, womit man i.d.R. einen Wert zwischen dem klar abgegrenzten ersten und zweiten Maximum in der PDF erhält.200 Abbildung 106 stellt sowohl die direkte experimentelle Messgröße ANND als Funktion der mittleren Koordinationszahl eines Atoms (links) als auch das relative Atomvolumen Abbildung 106: links – mittlerer Bindungsabstand (ANND) von Pdn+/− (n = 13–147, rote Punkte: +, schwarze Quadrate: –) als Funktion der mittleren Koordinationszahl. rechts – n-Abhängigkeit des atomaren Clustervolumens bezogen auf Pd2 (exp. bestimmter Abstand: 2,65Å160). Die graue gestrichelte Linie markiert jeweils den Festkörpergrenzwert. 5 6 7 8 9 2,70 2,72 2,74 2,76 2,78 2,80 13 14 15 17 21 25 26 38 55 65 75 147 18 23 105 mittlere Koordinationszahl (KZ) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 1,06 1,08 1,10 1,12 1,14 1,16 Clustergröße n
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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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