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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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Thermisch induzierte Oberflächenrekonstruktion beinahe geschlossenschaliger Kupfercluster 239 Clustern mit Adatomen. Der Cluster Cu55− zeigt bis zu einer Temperatur von T = 400K keine signifikanten Veränderungen an dieser Stelle. Für Cu54– ist dieser prinzipielle Ein- fluss zwar erkennbar, jedoch schwächer ausgeprägt als bei Clustern mit zusätzlichen Atomen. Die Atome wandern vermutlich leichter als in einer geschlossenschaligen Struktur, verrutschen jedoch wahrscheinlich nur innerhalb derselben Schale und treten nicht auf die Oberfläche. Dies äußert sich kaum in einem Streubild, da dabei lediglich zwei Sorten strukturäquivalenter Atompositionen tauschen (Ecke und Kante), und diese keine signifikanten neuen oder modifizierten Beiträge zur Paarabstandsfunktion liefern. Ein durch die hinzugefügten Atome beeinflusster Oberflächenstress hängt stark von den Bindungsenergien und geometrischen Gegebenheiten (z.B. optimale Bindungslängen, Strukturmotiv) des Clusters ab. Die Ausbildung einer Rosettestruktur bewirkt, dass alle PDF-Beiträge der 42 übrigen Oberflächenatome hiervon beeinflusst werden und die Atome geringfügige Auslenkung erfahren. Untersucht man unter Konservierung der Ikosaederstruktur diesen Einfluss durch Aus- tauschen des Elements, so können andere Ergebnisse erwartet werden. Im Anhang A.5 dieser Arbeit finden sich experimentelle sMexp-Funktionen von analogen Silbercluster- ionen bei T = 530K. Die für die Cluster M55− beider Elemente berechneten Bindungs- energien (pro Atom) sind 2,01 eV (M = Ag) und 2,70 eV (M = Cu). Dabei sind die van- der-Waals-Radii der Silberatome verglichen mit denen des Kupfers um ca. 23% größer. Dortige Untersuchungen zeigen, dass Silberclusteranionen dieser Größe unter denselben thermischen Bedingungen ebenso nicht schmelzen. Die sMexp-Funktionen zeigen ein qualitativ ähnliches Bild. Ausnahmen dieses Verhaltens sind die Cluster Ag54− und Ag55−. In diesen speziellen Fällen ist die Mobilität der Atome gegenüber den Kupfer- analoga erhöht.
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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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