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Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung
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325 Abbildung 119: Experimentelle sMexp-Funktionen von reinen Palladiumclusterionen und wasserstoffbeladenen. Variiert ist die Palladiummenge (n = 55, 95, 147) und der Ladungszustand (−/+). ............................................. 142 Abbildung 120: Modellfunktionen sMtheo der Strukturmotive Mackayikosaeder (Pd55−) und fcc (Pd95−) unter Variation der Bindungslängen der Oberflächenatome (Oberflächenkontraktion/ -expansion) bedingt durch Wasserstoff. .............................................................................. 143 Abbildung 121: Wasserstoffbeladung von Palladiumclustern als Funktion der Clusteroberfläche N2/3. ........................................................................ 144 Abbildung 122: Bevorzugte µ2-Koordination eines Wasserstoffatoms auf Palladium (Tetramer). .......................................................................................... 146 Abbildung 123: Schema zur Erklärung der unterschiedlichen Wasserstoffadsorptionen: Unterschiedliche Aktivierungsbarrieren führen zu dissoziativer Chemisorption und Physisorption. ................ 150 Abbildung 124: links – mittlerer Bindungsabstand von Pdn−(Hx) (n = 13–147, x ≥ 0) als Funktion der mittleren Koordinationszahl. rechts – n-Ab- hängigkeit des atomaren Clustervolumens von Pdn− (n = 13–147) und wasserstoffbeladener Spezies Pdn−(Hx) (n = 13, 26, 55, 95). ....... 150 Abbildung 125: Elemente der Übergangsmetalle (Gruppe 3–12). Der Farbcode markiert die in Beugungsexperimenten untersuchten Elemente mit ihrer Festkörperkristallstruktur. .......................................................... 153 Abbildung 126: links – Schematische elektronische Zustandsdichte in einem Ferromagneten im Stoner-Modell. rechts – Zwei Ansichten der α- Mn-Elementarzelle. ............................................................................. 154 Abbildung 127: Charakteristische Beugungsmuster (sMtheo-Modellfunktionen) der Strukturmotive Mackayikosaeder, Finnis-Sinclair-Minimum, Kuboktaeder, gekappter Dekaeder, Marksdekaeder, unvollständige gekappte trigonale Bipyramide und ein Mackayikosaeder mit Punktdefekt. ........................................................................................ 155 Abbildung 128: Der Mackayikosaeder entspricht einer „frustrierten“ Tetraederpackung aus 20 fcc-artigen Fragmenten mit einem einzelnen gemeinsamen Zentralatom als dritte Schicht (C). .............. 157 Abbildung 129: Anpassungen von 3d- und 4d-Übergangsmetallen mit einer Mackayikosaedermodellstruktur: Co, Ni, Cu, Pd und Ag. ................. 158 Abbildung 130: Verlauf des semiempirischen Finnis-Sinclair-Potenzials. .................. 163 Abbildung 131: Die polyikosaedrische Eisenstruktur eines 55-atomigen Clusters. ..... 164 Abbildung 132: Schichtfolge der Eisen-Finnis-Sinclair-Struktur mit Farbcode äquivalender Atome und Untereinheit des Strukturmotivs. ................ 164 Abbildung 133: links – Die Koordinationssphäre von Volumen- und Kantenatomen in einem Mackayikosaeder. rechts – eingebettetes zurückgesetztes Oberflächenatom an einem konkaven Oberflächenverlauf und Kern der FS-Struktur. .................................................................................. 165 Abbildung 134: Anpassungen von 3d-, 4d- und 5d-Übergangsmetallen mit einer Finnis-Sinclair-Modellstruktur: V, Cr, Mn, Fe, Nb, Mo und Ta. ....... 168 Abbildung 135: Paarverteilungsfunktionen der Strukturisomere Mackayikosaeder und Finnis-Sinclair von Fe55–. ............................................................. 174 Abbildung 136: Anpassungen der hcp-Übergangsmetalle: Ti und Zr. ......................... 175
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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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