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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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Wasserstoffadsorptionseigenschaften von Palladiumclustern 131 5.4.1 Erzeugung wasserstoffbeladener Cluster Palladium-Wasserstoff-Verbindungen lassen sich in einer Magnetronsputterquelle durch Zumischen von molekularem Wasserstoff (H2) in das Trägergas erzeugen. Die Molekü- le dissoziieren im Argonplasma oder auf den Palladiumatomen/-clustern zu einem be- stimmten Grad und wirken maßgeblich am Clusterwachstum mit. In Abbildung 108 zeigen Flugzeitmassenspektren, dass unter vergleichbaren Betriebsbedingungen die Zu- gabe von ca. 2 Vol.–% H2 zu einem deutlich anderen Größenwachstum führt. Die Clus- terverteilung verschiebt sich zu größeren m/z-Werten. Aufgrund der zahlreichen Isotopologe (siehe Abschnitt 5.3.1) und der relativ geringen Auflösung des TOF-Instruments (siehe Kapitel 3.3) ist eine Unterscheidung der eventu- ell verschiedenen H/Pd-Stöchiometrien der Cluster nicht möglich. Wie in Abbildung 109 (rechts) jedoch zu erkennen führt selbst die kleinste experimentell einstellbare Menge H2 (0,5 sccm) zu einer vollständigen Sättigung der Cluster – es ist keine Ver- breiterung der verschiedenen Signale zu erkennen. Abbildung 108: Flugzeitmassenspektren von unter ähnlichen Bedingungen erzeugten Palladi- umclusteranionen ohne (schwarz) und mit ca. 2 Vol.–% H2 (blau) im Trägergas. Durch Vergleiche von Flugzeiten reiner Palladiumcluster mit wasserstoffbeladenen lässt sich über den Schwerpunkt zugehöriger Signale die aufgenommene Menge von H- Atomen mit einer Genauigkeit von ca. 1–2 amu bestimmen (siehe Abbildung 109, links). Abhängig von der Ladung der Cluster (+/–) zeigen sich deutliche Unterschiede in der H-Belegung. In beiden Fällen ist das Verhältnis gespeicherten Wasserstoffs zur Pal- ladiumanzahl meist deutlich über dem einer α’-Phase des Festkörpers (0,706)221. Ledig- lich für anionsche Cluster bestehend aus mehr als ~70 Atomen sinkt die Stöchiometrie leicht unter den α’-Schwellenwert. m/z (amu) 1 0 2 3 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
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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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