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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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3d-/4d-/5d-Übergangsmetallcluster aus 55 Atomen 157 Oberflächen- zu Volumenatomen. Unterhalb der 20 kompakten (111)-Flächenv findet man weitere vier Atome, die pyramidenförmige bzw. Tetraeder-Fragmente mit einer fcc-Schichtfolge (ABC) bilden (siehe Abbildung 128). Die letzte Schicht (C) wird dabei in allen 20 Fällen vom Zentralatom repräsentiert. Trotz der offensichtlichen fcc-Kanten- defekte an den Schnittstellen der Fragmente ist die Gesamtstruktur gleichzeitig relativ dicht gepackt. Eine Aneinanderreihung von fünf Tetraedern an ihren Flächen zu einer pentagonalen Bipyramide weist eine räumliche Spalte von 7,3° auf.259 Eine geschlosse- ne ikosaedrische Anordnung von 20 Tetraedern führt zu geometrischem Stress auf Abbildung 128: Der Mackayikosaeder entspricht einer „frustrierten“ d.h. unter Spannung ste- henden Tetraederpackung aus 20 flächenverknüpften fcc-artigen Fragmenten (eins davon ist exemplarisch blau eingefärbt) mit dem einzelnen gemeinsamen Zentralatom als formale dritte Schicht (C). den Gesamtkörper, d.h. sowohl entferntere wie auch direkte Nachbaratome können nicht mehr in allen Fällen Positionen mit einem optimalen Abstandswert zueinander einnehmen. Da die Koordination der (Volumen-)Atome insgesamt jedoch sehr groß ist (KZ 12), würde man diese Atomanordnung für alle finiten Nanopartikel dieser Größe erwarten, sofern ihre aufbauenden Elemente bevorzugt ungerichtete Bindungen formen. Dies kann man deshalb auch bei Übergangsmetallen mit einem hohem s-Anteil der Va- lenzen oder Edelgasen vermuten bzw. finden. Die Anpassungen der Modellfunktionen an das Beugungsspektrum kann man in allen hieran folgenden dargestellten Fällen sehr gut mit einer Ih-Symmetrierestriktion durch- führen. Da bei den untersuchten anionischen Clustern aufgrund der elektronischen Be- setzung ausnahmslos Jahn-Teller-Effekte zu erwarten sind, ist eine vorhandene Sym- metrieerniedrigung durch Verzerren der zugrunde liegenden Clusterstruktur wahr- scheinlich. Diese kann anhand der nun vorliegenden Daten als sehr gering bewertet werden. Die schlechteste Übereinstimmung mit einer hochsymmetrischen Modellstruk- v Die Herkunft des Namens entstammt dem Griechischen: eikosi (zwanzig) und hedra (hier für geomet- rische Fläche), d.h. Zwanzigflächner.
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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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