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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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266 Statistische Untersuchungen zur Datenanalyse genüber den OCT- und PBPY-Teilensembles. Des Weiteren sind die Ähnlichkeiten der Beugungsbilder zwischen trigonalem Prisma TP und Oktaeder OCT größer als mit dem Strukturmotiv PBPY. Möglicherweise ist hier von entscheidender Bedeutung, dass in den ersten beiden Fällen die „Entartung“ von Atompositionen besonders hoch ist: So- wohl Oktaeder wie auch trigonales Prisma bestehen aus sechs Atomen, die alle jeweils dieselbe Anzahl nächster Nachbarn besitzen (4 bzw. 3). Im Falle der pentagonalen Bipyramide existieren zwar bei fünf von sieben Atomen ebenso stets vier Verknüpfun- gen, jedoch variieren diese in ihrer Länge und es existieren zusätzlich zwei dazu typ- fremde Atome. Nachdem bisher nur die Unterschiede des der Struktur zugrunde liegenden Fragments (Polyeder) betrachtet wurden, soll nun der Einfluss der Häufigkeit seines Auftretens innerhalb der Geometrie eines Isomers untersucht werden. Die Clustergröße (10 Atome) begrenzt die maximale Anzahl auf zwei bzw. drei flächenverknüpfte Polyeder für die Gruppen OCT und PBPY. Andere Koordinationsformen treten im Ensemble nicht mehrfach in einem Isomer auf. Tabelle 27 sind die mittleren P5-Werte der nächstkleine- ren Unterensembles zu entnehmen. In den größeren Teilensembles, die das Strukturtypfragment weniger häufig enthalten, können mehr „freie Atome“ an verschiedenen Positionen permutieren. Man erhält (grö- ßere) mittlere P5-Werte von 5,0% bzw. 6,0% mit einer Streuung von 2–3%. Bedenkt man, dass die erzielten R-Werte der Ausgangsstruktur stets <1% anzutreffen sind, ist hier ein größerer Kontrast zu anderen Isomeren festzustellen. Dabei existiert der Trend, dass sich mit zu- oder abnehmender Häufigkeit des Strukturtypfragments der mittlere P5-Wert systematisch verschiebt. So findet man z.B. für die Wahl einer PBPYx1 Struk- tur und einem PBPYx1- bis x3-Teilensemble eine sich verschlechternde Anpassungsfä- higkeit von 6,0% über 8,4% auf 9,9%. Gleiches lässt sich in einem umgekehrten Ver- lauf für simulierte Isomere des PBPYx3-Ensembles beobachten (8,6% auf 0,6%). Im Falle von zwei PBPY-Polyedern ergibt sich in beide Richtungen eine Verschlechterung des R-Wertes. Dies ist für das PBPYx1-Ensemble stärker ausgeprägt. Man erkennt, dass die durchschnittlich besten Übereinstimmungen untereinander bei den Gruppen OCTx2 und PBPYx3 zu erreichen ist. Dies kann aus zwei Gründen der Fall sein, die z.T. korreliert sein dürften: 1. Die Teilensembles sind klein (4 und 13 Ver- treter), und 2. die Vielfalt der Positionierung überschüssiger Einzelatome ist stark ein- geschränkt, d.h. hier ist eine kleinere Strukturdiversität möglich. Eine eindeutige Unter- scheidung der Strukturen über ein Beugungsmuster ist nur statistisch jedoch nicht im Einzelfall möglich.
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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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