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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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261 Fall von größeren Clustern mit z.B. 55 Atomen – durch Einführung eines zweiten cha- rakteristischen Abstands und weiterer Signaturen (3jkl) beschreiben, und die Methode wird auf diese Weise auf andere Systeme erweiterbar. Abbildung 182: Diagramme der verwendeten CNA-Strukturanalysetechnik.370 Nächste Nach- barn sind mit Linien verbunden (Abstand < rcutoff). ijkl Signaturen geben Informationen über Basispaar (i, offene Kreise), gemeinsame nächste Nachbarn des Basispaares (j, gefüllte Kreise), Anzahl der Bindung unter den nächsten Nachbarn (k), willkürlich festgelegtes aber notwendiges Einzigartigkeitskriterium (l). Das untersuchte Ensemble zeigt typische strukturelle Motive, die sich im Rahmen der CNA-Analyse systematisch anhand von Häufigkeiten bestimmter Signaturen kategori- sieren lassen. Folgende Einteilung der Strukturen anhand darin enthaltener Koordinati- onspolyeder wird vorgeschlagen; die charakteristischen Signaturen und die Paarhäufig- keit (in Klammern) sind: Oktaeder (OCT) 1202 (24) + 2440 (6), pentagonale Bipyrami- de (PBPY) 1550 (2) + 2330 (10) sowie deren Untergruppen tetragonale Pyramide (TPY) 1101 (8) + 1202 (8), pentagonale Bipyramide -1 Ecke (PBPY-1) 1430 (2) + 2330 (4) + 2210 (2), trigonale Bipyramide (TBIPY) 1320 (6) + 2330 (2). Selten und deshalb besonders sind das trigonale Prisma (TP) 1202 (36) + 2210 (24) und das tetragonale Antiprisma (TAP) 1202 (48) + 2210 (32). Alle Koordinationspolyeder treten in verschiedener Häufigkeit als auch in unterschied- lichen Kombinationen innerhalb der Strukturen auf. Die OCT-Gruppe kann in Atom- konfigurationen mit einem (x1) oder mit zwei (x2) Oktaedereinheiten unterteilt werden. Letztere enthält die drei (entarteten) globalen Minimumsgeometrien des verwendeten Potenzials. Diese entsprechen hcp-Ausschnitten und können die maximal möglichen 3N−5 (25) formalen Bindungen knüpfen. Die pentagonale Bipyramide tritt als ineinan- der verschmolzene Einheiten bis zu dreimal (x1 bis x3) als Fragment einer Struktur auf. Das statistische Gewicht (Anzahl an Isomeren) jedes sog. Teilensembles ist: OCTx1: 43 OCTx2: 4 PBPYx1: 44 PBPYx2: 83 PBPYx3: 13 TP: 3 TAP: 1 verzerrt (Rest): 36 Die in der letzten Gruppe nicht näher aufgeschlüsselten Strukturen entsprechen stark verzerrten Vertretern aus allen Gruppen. Insbesondere die unvollständige Untergruppe PBPY-1 ist darin repräsentiert. 1550 2440
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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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