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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 173 Mit Sicherheit ist für die bcc-Elemente neben Eisen davon auszugehen, dass ein Mehr- determinantenansatz (MR, multi-reference) zur Berücksichtigung der elektronischen Natur der Wellenfunktion besser geeignet wäre. Es wäre interessant die daraus be- stimmten Sz-Werte mit der Fe-Struktur zu vergleichen. Starke sMexp-Amplitudendämpfung bei großen Streuwinkeln Ein Vergleich der sMexp-Funktionen ikosaedrischer Strukturen der untersuchten fcc- Elemente (siehe Abschnitt 5.5.1) mit den für bcc-Elemente gefundenen Streubildern zeigt einen charakteristischen Unterschied bei Streuwinkeln, die einem s-Bereich von mehr als 8Å-1 entsprechen. Alle sMexp-Funktionen der FS-Strukturen zeigen eine deut- lich stärker gedämpfte Amplitude. Dies äußert sich in der Modellfunktionsanpassung insbesondere bei frühen 3d-Elementen in einem großen L-Wert (siehe Kapitel 3.7 und Tabelle 11). An dieser Stelle soll aus diesem Grund kurz auf eine weitere strukturelle Besonderheit eingegangen werden. Tabelle 11: Im Rahmen der Modellanpassung gewonnene mittlere Schwingungsamplitude L der zwei unterschiedlichen Strukturisomere der fcc- (mit Co) und bcc-Elemente (Ih, Cs). L V Cr Mn Fe Nb Mo Ta 0,215 0,221 0,231 0,169 0,197 0,128 0,142 Co Ni Cu Pd Ag 0,182 0,161 0,083 0,066 0,124 Die zu Beginn des Kapitels dargestellten sMtheo-Funktionen deuten bereits auf eine un- gleiche Eigenschaft der PDFs hin (siehe Abbildung 127, Seite 155). Verfolgt man die Amplitudenmaxima zu größeren s-Werten, so lässt sich für die FS-Struktur eine konti- nuierliche Abnahme der Funktionswerte erkennen. Die sMtheo-Funktion eines Mackay- ikosaeders hingegen zeigt wechselnde Ausschläge ohne einen allgemeinen Trend. Die Analyse der Abstandsverteilungen der FS- und Ih-Struktur macht deutlich, dass in letz- terer eine hochgeordnete Packung mit relativ diskreten Häufungen vorliegt (siehe Ab- bildung 135): Die Abstände können klar in ca. zehn Gruppen eingeteilt werden. Eine andere Verteilungscharakteristik ist für die Cs-Struktur beobachtbar. Hier findet man unscharf abgegrenzte und breite Häufungen. Die Fernordnung über Abstände von 6Å hinaus ist nahezu nicht feststellbar. Mit Sicherheit ist hier aufgrund der erniedrigten Symmetrie und damit verbundenen geringeren globalen Ordnung der Struktur von ei- nem bestimmten Einfluss auszugehen. Im Nahordnungsbereich lässt sich jedoch ebenso ein ähnlicher Trend feststellen. Auch wenn es sich hierbei um eine 0K-Struktur handelt, ist ein Vergleich mit einer für ein kanonisches Ensemble von Clustern für höhere Tem- peraturen simulierten PDF erwähnenswert. Wie im späteren Kapitel 6 untersucht, äußert
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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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