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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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142 Strukturen von Metallclusterionen Abbildung 119: Experimentelle sMexp-Funktion (genäherter Hintergrund) von reinen Palladi- umclusterionen (schwarze Kurve) und wasserstoffbeladenen. Variiert ist die Palladiummenge (n = 55, 95, 147) und der Ladungszustand (blaue Kurven: − / rote Kurven: +). In einem zweiten Experiment wurden die untersuchten Palladiumclusteranionen unter höherem Druck und einem auf Raumtemperatur temperierten Stoßgas in der Mag- netronclusterquelle erzeugt. Während des Aggregationsprozesses (atomares Wachstum) werden deutlich höhere Anteile der Bindungsenergien in den entstehenden Cluster auf Schwingungsfreiheitsgrade verteilt und möglicherweise länger gehalten. Es kann davon ausgegangen werden, dass thermodynamisch stabile Palladiumhydride mit eingelager- ten Wasserstoffatomen auf diese Weise am ehesten gebildet würden. Der untersuchte Cluster Pd147− zählt dabei zu den festkörperähnlichen Strukturen, sodass sichergestellt ist, dass Oktaederlücken vorhanden sind. Letzteres ist für die mackayikosaedrische Struktur nicht der Fall. Die Unterschiede der experimentellen molekularen Beugungsintensitäten wasserstoffbe- ladener und reiner Cluster sind in der Amplitudenform der sMexp-Funktion zu finden. Bei beiden Clustern Pd55−/+ wird die Amplitudenform im Bereich um s ≈ 5Å-1 runder. Dieses Verhalten ist typisch für hohe Wasserstoffstöchiometrien (siehe Abbildung 111). Es erklärt ebenso die Tendenz zu einer bei deuterierten Clustern gefundenen glatteren Verlaufsform der sM-Funktion im Gegensatz zu 1H-Beladungen. Der 2D-Anteil ist unter beiden Ladungszuständen höher. Die fcc-artigen Cluster Pd95− und Pd147− zeigen im gleichen Bereich der sMexp-Funktion eine Veränderung des Doppelmaximums. Verur- 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 s / Å-1 s / Å-1 Pd55 + +H +D +D +H +D +D Falle @ RT 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 s / Å-1 +D Pd95 − Pd147 − Pd55 − Quelle @ RT
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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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