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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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Schmelzen des Clusters Pb55– 285 Verspannung durch Relaxation (Schrumpfen) abgebaut werden. Die mittlere Koordina- tionszahl verringert sich jedoch in dieser Anordnung, weshalb eine DFT-Betrachtung des Systems vermutlich zu einem anderen Ergebnis führen dürfte. Man kann den Cluster Pb55− in dieser Beschreibung als Analogon zu Cu56− (siehe Kapi- tel 6.2) als geschlossenschalige Struktur mit einem zusätzlichen Oberflächenatom ver- stehen. Bereits niedrige thermische Schwingungsanregungen führen zu einer hohen Mobilität der Atome (z.B. δL = 0,13 bei T = 50K). Zwischen T = 200K bis 300K tritt ein vollständiges Schmelzen ein und damit früher als mit anderen Potenzialen vorherge- sagt.387,388 Im Temperaturverlauf des Lindemannindex δL äußert sich das Verhalten in einer Stufe (siehe Abbildung 191). Für die Interpretation der TIED-Daten ist die damit verknüpfte Veränderung der sM-Funktion entscheidend. Die hohe Mobilität unter 200K wird durch eine auf der Oberfläche des Clusters Pb55 wandernde Rosettestruktur erklär- bar. Mit steigender Temperatur bildet sich eine oblate Form aus, die ebenso eine hohe Atomwanderungsgeschwindigkeit aufweist. Gegenüber dem charakteristischen Beu- gungsmuster des Mackayikosaeders (blaue Kurve) zeigt das simulierte Ensemble nun keine klare Signatur (z.B. das kleine lokale Maximum um s ≈ 3,7Å-1 verschwindet und die Schulter des zweiten Maximums der Streufunktion ist schwächer ausgeprägt, siehe orangefarbene Kurve). Da bekannt ist, dass MD-Simulationen die simulierten Tempera- turen häufig überschätzen, ist das Eintreten dieser frühen Umordnung der Struktur unter realen Bedingungen früher denkbar. Die experimentell bei 95K bestimmte sMexp- Funktion zeigt überraschend gute qualitative Übereinstimmungen mit der MD- Simulation. Es wäre interessant die Clusterstruktur von Pb55− bei noch tieferen Tempe- raturen zu untersuchen. Alternativ wird vorgeschlagen den Cluster Pb54− vergleichend heranzuziehen. Wie in Abbildung 191 (rechts) ersichtlich, ist die Atommobilität – wie erwartet – unter 200K deutlich geringer, und man erwartet ein für 55-atomige Ikosaeder typisches Beugungsmuster. Abbildung 191: links – Simulierte sMtheo-Funktionen (MD) des (ikosaedrischen) Bleiclusters Pb55 bei T = 150K (blau) und 200K (orange). rechts – Lindemannindex δL der Bleicluster Pb55 (Cu56-Analogon, schwarze Kurve) und Pb54 (quasigeschlossenschalig, grüne Kurve) bei unter- schiedlichen Temperaturen. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 -2 0 2 4 150K 200K s / Å -1 T (K) 0 200 400 600 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35
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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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