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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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216 Der Temperatureinfluss auf die Gleichgewichtsstruktur von Metallclusterionen Zur Untersuchung von Phasen- oder Strukturübergängen in Metallclustern wird das Heliumstoßgas über die temperierten Fallenwände auf T = 530K geheizt. Vor der Aus- führung des Beugungsexperiments muss das Restgas entfernt werden, wonach noch ausschließlich ein Energieaustausch über Schwarzkörperstrahlung möglich ist.314 Clus- ter strahlen dabei generell effizienter Energie ab.315 In Anbetracht der Teilchengrößen, um die es sich hier handelt, ist somit gewährleistet, dass die Cluster während des Beu- gungsexperiments auf Fallentemperatur bleiben. Für ausgewählte Größen der in Abschnitt 6.1.1 und Kapitel 5.6 untersuchten Clusterio- nen wurden Beugungsbilder bei erhöhten Temperaturen aufgenommen. Der Einfluss dieses Parameters auf die Clusterstrukturen von Cu55±x− (x = 1–2) wird im anschließen- den Kapitel 1.1 separat diskutiert. Die bei niedrigen Temperaturen gefundenen Struktur- typen können als polyikosaedrisch (n ≤ 40) und ikosaedrisch (n ≥ 54) eingeordnet wer- den. Die mittleren Strukturen des Clusterensembles sind an den experimentell mögli- chen minimalen und maximalen Temperaturpunkten untersucht worden, um auch einen möglicherweise nur sehr kleinen Effekt beobachten zu können. In Abbildung 160 sind die experimentellen sMexp-Funktionen (mit genäherter Hintergrundsfunktion) der Kup- ferclusteranionen Cun− (n = 26, 34, 38–40, 71) paarweise übereinander für T = 95K und 530K gezeigt. Die Datenqualität der sMexp-Funktionen heißer Cluster ist aufgrund einer höheren Amplitudendämpfung stets geringer. Die visuelle Begutachtung der sMexp-Funktionen lässt in den meisten Fällen keine signi- fikanten Änderungen in der globalen Signatur erkennen (siehe Abbildung 160). Poly- ikosaedrische Clusterstrukturen, die ein charakteristisches Doppelmaximum der Streu- Abbildung 160: Experimentelle sMexp-Funktion (genäherter Hintergrund) der Kupferclusteran- ionen Cun− (n = 26, 34, 38–40, 71) bei T = 95K (blaue Kurve) und T = 530K (rote Kurve). Die deutlichsten Änderungen sind bei der Streufunktion der polyikosaedrischen Struktur des Clus- ters Cu34− zu erkennen (siehe Pfeil). 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 s / Å-1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 s / Å-1 n = 26 n = 34 n = 38 n = 39 n = 40 n = 71
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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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