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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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Kupfercluster 219 6.1.3 Zusammenfassung und Diskussion Die untersuchten Kupferclusteranionen im Größenbereich von 19–40 Atomen weisen alle ein charakteristisches Beugungsmuster auf, das durch ein polyikosaedrisches Bin- dungsmotiv erklärt werden kann. Dieser Strukturtyp zeichnet sich durch ein häufig wie- derholtes Auftreten der 19-atomigen Doppelikosaeder-Einheit aus, die durch Ver- schmelzen zweier 13-atomiger Ikosaeder gebildet werden kann. Eine dieser Familie angehörige Struktur, die sich aber von der des Kupferclusters Cu26− unterscheidet, wur- de ebenso für den Palladiumcluster Pd26−/+ gefunden (siehe Kapitel 5.3). In Abbildung 162 sind Paarverteilungsfunktionen (PDF) der in diesen Clustern auftauchenden Grund- bausteine dargestellt. In einem perfekten Ikosaeder mit 13 Atomen treten neben einem Abstand zum nächsten Nachbarn in nahezu gleicher Anzahl übernächste Nachbarab- stände auf. (Das Zentralatom besitzt in der Grundstruktur noch keine übernächsten Nachbaratome). Man erhält insgesamt an drei Stellen Funktionswerte der PDF mit den Längen 1a, 1,6a, 2a. Eine zur modifizierten molekularen Beugungsintensität sMtheo füh- rende Superposition von Sinusfunktionen ergibt im charakteristischen Fingerabdruck- bereich der Streufunktion polyikosaedrischer Strukturen (s ≈ 5,5Å-1) eine Schulter. Ausgeprägter zeigt sich dieses Doppelmaximum nach Erweitern der PDF um einen um Faktor 2,5 größeren Abstand im Cu19-Baustein (rote Sinuskurve). Dieser entspricht den sich diagonal gegenüberliegenden Atompaaren zweier weiter auseinander liegender Pentagonanordnungen. Die Phase der Sinusfunktion besitzt an der Position des Dop- pelmaximums einen negativen Wert und der entsprechende Funktionswert löscht einen Bereich in der Mitte der positiven Funktionswerte der Sinusfunktionen nächster Ab- stände (blaue Kurve). Abbildung 162: Ursache des für polyikosaedrische Strukturen typischen Beugungsmusters mit Doppelmaximum der Streufunktion um s ≈ 5,5Å-1. In der PDF (gaußförmig verbreitert mit σ = 0,05Å) tauchen viele um den Faktor 2,5 größere übernächste Nachbarabstände auf (2,7Å/6,6Å). 4,3Å 2,7Å 5,3Å 6,6Å 7,7Å 5,5Å 4,7Å (Faktor x2,5) Paarverteilungsfunktion (PDF) sMtheo ~ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 d / Å d / Å * Cu13 Cu19 sin(d·s) d Σ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 s / Å-1 Cu13 Cu19 d1 = 2,7Å d2 = 6,6Å σ = 0,05Å Cu13 Cu19
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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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