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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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244 Der Temperatureinfluss auf die Gleichgewichtsstruktur von Metallclusterionen stellte gekappte Oktaeder hin (Rw-Wert: 2,8%). Die verwendeten Strukturen sind erneut in einem Al-Guptapotenzial relaxiert.189 Gegenüber einem Kuboktaeder (Rw-Wert: 4,1%) besitzt diese Anordnung v.a. wenige (100)- und viele (111)-Oberflächen. Die niedrig koordinierten Eckpositionen sind wahrscheinlich gekappt und deren Atome bil- den auf einer Seitenfläche eine sechseckige aufgesetzte Struktur. Sämtliche fcc- Ausschnitte zeigen um die Stelle s = 6,2Å-1 der sMexp-Funktion einen mehr oder weniger ausgeprägten progressiven Anstieg des nachfolgenden Streumaximums. Stapelfehler in der Schichtabfolge führen hier i.d.R. zu einem symmetrischen Minimumverlauf der sMtheo-Funktion (siehe Abschnitt 6.3.2). Abbildung 173: Experimentelle sMexp-Funktion (schwarze offene Kreise) und theoretische sMtheo-Funktion (rote Linie) von zwei fcc-Modellstrukturen von Al147−: gekappter Oktaeder mit sechs Adatomen (1) und Kuboktaeder (2). Die blaue Linie entspricht der gewichteten Abweichung ΔwsM. Die für Schmelzexperimente ausgewählten Clustergrößen wurden z.T. in Stoßdissoziati- onsexperimenten untersucht. Die Maxima in aufgezeichneten Wärmekapazitätskurven C(T) werden dort zur Bestimmung der Schmelztemperaturen herangezogen.2 Anioni- sche Aluminiumcluster wurden bis zu einer Größe von n = 71 Atomen hierauf unter- sucht. Aufgrund des geringen Streuquerschnitts (Kernladungszahl ZAl = 13) ist das Sig- nal-Rausch-Verhältnis vergleichsweise gering und der kleinste noch bei hohen Tempe- raturen untersuchbare Cluster mit einem gleichzeitig niedrigem Schmelzpunkt ist Al69–. Die Verflüssigung dieses Clusters wird nach Starace et al.2 bei ca. T = 480K erwartet. Für größere Aluminiumcluster bis 128 Atome existieren lediglich Schmelzdaten positiv geladener Cluster. Für die Clusterreihe Al90+ bis Al99+ verbleibt die Schmelztemperatur nahezu konstant bei ~590K und ist damit gleichzeitig niedriger als für größere und klei- nere Cluster. Ein Vergleich der Ladungsabhängigkeit im Bereich kleiner Clustergrößen zeigt eine mit wenigen Ausnahmen übereinstimmende Größenabhängigkeit der Schmelztemperaturen. Das Schmelzverhalten anionischer Cluster ist dabei tendenziell um ca. ein Atom zu kleineren Größen verschoben. Dieser Datenverlauf wurde für eine weitere Auswahl anionischer Cluster für Beugungsexperimente extrapoliert. Eine exakte -2 -1 0 1 2 3 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 -2 -1 0 1 2 3 (2) (1) s / Å-1 -3 0 3 -3 0 3 gekappter Oktaeder 1. Cs, 0,00eV Rw = 2,8% Kuboktaeder 2. Oh, 1,18eV Rw = 4,1%
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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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