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184 Strukturen von Metallclusterionen
5.6 Strukturelle Entwicklung später Übergangsmetallcluster
(Co, Ni, Cu, Ag)
Abschließend zu den bisher zahlreichen erkundeten Strukturen kleinerer Metallcluster-
ionen und den erkannten großen Unterschiede zu den Atomanordnungen in makrosko-
pischen Objekten wird nun in diesem Kapitel die Frage nach den einzelnen bis zu einer
Festkörperstruktur durchlaufenen Stationen in den Fokus gestellt. Die hierfür herange-
zogenen Cluster aus elektronenreichen Übergangsmetallen setzen sich in ihrer kleinsten
Gestalt aus 71 Atomen zusammen und wachsen in ihrem Durchmesser auf bis zu 1,8nm
an (n ≈ 250). Diese Agglomerate können nun wirklich als „Nanoteilchen“ bezeichnet
werden und zeichnen sich ganz besonders durch ihre wohldefinierte Erschaffung und
Isolation aus. Anders als z.B. in Arbeiten über große Cluster, die auf Oberflächen depo-
niert wurden, können ihre Strukturen auf diese Weise wechselwirkungsfrei untersucht
und die intrinsischen elementspezifischen Triebkräfte darin analysiert werden. Zahlrei-
che Experimente mit Elektronenbeugung an Molekularstrahlen wurden an den in die-
sem Kapitel gewählten Übergangsmetallen u.a. z.B. von R. Monot, G. D. Stein oder S.
A. Brown ausgeführt.27,276–283 Gegenüber dortigen polydispersen Proben sind die in die-
ser Arbeit untersuchten Cluster deutlich schärfer charakterisiert.
5.6.1 Strukturmotive und Energetik freier Nanocluster
Unter den Bedingungen tiefer Temperaturen ist die günstigste Struktur eines Clusters
(aus N Atomen) i.d.R. die mit der niedrigsten elektronischen Gesamtenergie. Die Suche
dieser Geometrien ist für große N eine anspruchsvolle Aufgabe und wird in den meisten
Fällen nicht mehr mit ab initio Methoden ausgeführt. Stattdessen dienen einfache semi-
empirische (Zweikörper-)Potenziale einer Beschreibung der Teilchenwechselwirkung.
Kompakte, oft metallische oder van-der-Waals-Strukturen, deren Bindungsnatur weni-
ger gerichtet ist als in kovalenten Verbindungen, sind nach entsprechender Parametrisie-
rung gut beschreibbar. Insbesondere auf homoatomare Systeme bestehend aus Über-
gangsmetallen ist dies zutreffend, die meist ein relativ breites d-Elektronenband (Zu-
standsdichte) entwickeln. In Abbildung 142 ist der Verlauf eines solchen Potenzials
(Gupta) von verschiedenen in dieser Arbeit untersuchten Elementen (Co, Ni, Cu und
Ag) dargestellt. Die analytische Form der elektronischen Bindungsenergie Ec lässt sich
in zwei Beiträge, einen abstoßenden ER und einen anziehenden EB Teil, trennen:87,189
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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
- Abstract
- 1 Einleitung 1
- 2 Elektronenbeugung in der Gasphase (GED) 5
- 3 Das TIED-Experiment 15
- 4 Heuristik der Clusterstrukturfindung 35
- 5 Strukturen von Metallclusterionen 45
- 5.1 Kleine Käfigstrukturen magnetisch dotierter Goldcluster (M@Aun−, M = Fe, Co, Ni; n = 12–15) 45
- 5.2 Ladungsabhängige Strukturunterschiede von kleinen Bismutclustern 68
- 5.3 Palladiumcluster (Pdn−/+, 13 ≤ n ≤ 147) 91
- 5.4 Wasserstoffadsorptionseigenschaften von massenselektierten Palladiumclustern 128
- 5.5 3d-/4d-/5d-Übergangsmetallcluster aus 55 Atomen 152
- 5.6 Strukturelle Entwicklung später Übergangsmetallcluster (Co, Ni, Cu, Ag) 184
- 6 Der Temperatureinfluss auf die Gleichgewichtsstruktur von Metallclusterionen 205
- 7 Statistische Untersuchungen zur Datenanalyse 259
- 8 Zusammenfassung und Ausblick 273
- Anhang A: Beugungsdaten weiterer Metallclusterionen 279
- A.1 Entwicklung der Clusterstruktur verschiedener Elemente der Gruppe 14 (Si, Sn, Pb) 279
- A.2 Schmelzen des Clusters Pb55− 283
- A.3 Der Zinncluster Sn13+ 379 286
- A.4 Strukturmotiv von Clustern des bcc-Elements Tantal 288
- A.5 Thermisch induzierte Oberflächenrekonstruktion beinahe geschlossenschaliger Silbercluster (Ag55±x−, x = 1–2) 290
- A.6 Möglicher Strukturübergang bei Silberclusterionen (Agn−, n = 80–98) 295
- A.7 Reine Goldcluster größer 20 Atome 296
- Anhang B: Apparative Entwicklung 305
- Anhang C: Einfluss der Fallengeometrie auf große Streuwinkel 311
- Anhang D: CNA-Analyse des zehnatomigen Strukturensembles 313
- Anhang A: Beugungsdaten weiterer Metallclusterionen 279
- Abbildungsverzeichnis 321
- Tabellenverzeichnis 331
- Literaturverzeichnis 333