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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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Strukturelle Entwicklung später Übergangsmetallcluster (Co, Ni, Cu, Ag) 193 verschiedenen verwendeten Kandidatstrukturen sind jeweils innerhalb der entsprechen- den in Abbildung 142 dargestellten Guptapotenziale relaxiert. In allen Fällen führt eine Mischung zu einem signifikant kleineren Rw-Wert. An dieser Stelle sei betont, dass auf- grund der unterschiedlichen Datensätze die angegebenen absoluten Zahlenwerte nur innerhalb einer Tabellenspalte miteinander vergleichbar sind. Mischungen wurden stets mit der Struktur des Marksdekaeders durchgeführt, da er verglichen mit einem Inodeka- eder in allen Fällen einen kleineren Rw-Wert zeigte und aufgrund der kompakteren Oberfläche in Rechnungen i.d.R. eine niedrigere elektronische Gesamtenergie ergibt. Entgegen den Vorhersagen (siehe Tabelle 14) ergeben die Anpassungen an den 3d-Ele- menten Ni und Cu eine leicht zugunsten der dekaedrischen Struktur verschobene Misch- ung. Für Ag findet man einen erhöhten Ikosaederanteil. Diesem Element wird mit dem semiempirischen Guptapotenzial ein deutlich früherer Dekaederübergang vorhergesagt. Tabelle 15: Berechnete Rw-Werte der Cluster M147− (M = Ni, Cu, Ag). Die beste Übereinstim- mung wird mit einer ausgeglichenen Mischung aus dekaedrischem und ikosaedrischem Struk- turtyp erreicht (siehe Abbildung 147 für die verwendete Isomerenbezeichnung). Isomer Ni Cu Ag (1) 5,7% 10,9% 7,5% (2) 8,6% 7,9% 9,0% (3) 5,1% 6,7% 8,7% (4) 18,6% 20,5% 26,8% Mischung (1+3) 2,7% (45:55) 3,7% (45:55) 3,7% (55:45) Cluster vor und nach dem Strukturübergang um 147 Atome Im Falle von 145- bis 147-atomigen Clustern konnte kein reines der oben vorgestellten Strukturmotive bei einer experimentellen Temperatur von T = 95K gefunden werden und es ist wahrscheinlich, dass die Größe im Übergangsbereich NIh→Dh anzusiedeln ist. Eine Überprüfung kann die Strukturanlayse von Clustern der Größe N ± Δn gewährleis- ten. Für hinreichend große Δn sollten rein ikosaedrische sowie rein dekaedrische Bin- dungsmotive auftreten. Anders als die in Abbildung 145 gezeigten sMtheo-Funktionen geschlossenschaliger Strukturen, ist für Cluster mit unvollständiger Oberflächenbele- gung aufgrund zahlreicher möglicher gleichwertiger Isomere eine Vorhersage des cha- rakteristischen Beugungssignals schwer zu treffen. Des Weiteren sagen die zur Verfü- gung stehenden semiempirischen Potenziale bis über die untersuchten Clustergrößen hinaus ausschließlich ikosaedrische Strukturen voraus.284,285 Aus diesem Grund wurde ein genetischer Algorithmus mit R-gewichteter Fitnessfunktion (siehe Kapitel 4.2) zur Erzeugung von neuen Kandidatstrukturen verschiedener Strukturfamilien verwendet.87
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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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