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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-30007
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/3000/


Huber, Bernd

Dichtefunktionalstudie der strukturellen und katalytischen Eigenschaften freier und geträgerter Metallnanocluster

Density functional study of structural and catalytic properties of free and supported metal nano cluster

Dokument1.pdf (6.338 KB) (md5sum: 08f136b377237feeec2febc0d5dd154b)

Kurzfassung in Deutsch

Die strukturellen und katalytischen Eigenschaften von Metallclustern wurden
mit Hilfe von Dichtefunktionalrechnungen bestimmt. Der erste Teil der Arbeit
befasst sich mit der elektronischen und geometrischen Struktur von
Natriumclustern mit bis zu 309 Atomen. Hierzu wurden die Grundzustandsisomere der Cluster bestimmt
und die dazugehörige elektronische Zustandsdichte mit experimentellen
Photoelektronenspektren verglichen. Die hervorragende Übereinstimmung der
berechneten Werte mit dem Experiment macht deutlich, dass das wesentliche
Wachstumsmuster von Natriumclustern richtig bestimmt werden konnte. Demnach
bevorzugen kleine Natriumcluster von Na20- bis Na42- pentagonale
und ikosahedrale Strukturen mit Anti-Mackay-Bedeckung. Für Cluster ab
Na50 beobachtet man hingegen ikosahedrale Strukturen mit
Mackay-Bedeckung. Die Cluster zwischen den abgeschlossenen Ikosaedern weisen
dabei meist eine Rotation gegenüber den regulären Mackay-Plätzen auf.

Im zweiten Teil der Arbeit wurden die katalytischen Eigenschaften freier und
geträgerter Palladiumcluster untersucht. In beiden Fällen wurde die Oxidation
kleiner PdN-Cluster (N <= 9) untersucht. Dabei zeigte sich im Fall der
auf Magnesiumoxid geträgerten Pd-Cluster eine erhebliche Reduzierung der
Sauerstoffdissoziationsbarriere gegenüber der Gasphase und gegenüber geträgerten
Systemen mit Partikeln mehrerer tausend Atome. Durch die Reaktion mit
Sauerstoff kommt es zur Ausbildung kristalliner PdxOy-Nanooxide, die
sich in Epitaxie mit dem unterliegenden Substrat befinden. In Simulationen
wird gezeigt, dass die PdxOy-Cluster die Oxidation von CO bei tiefen
Temperaturen ermöglichen. Mit Hilfe der Berechnung der elektronischen
Zustandsdichte und der CO-Streckfrequenzen werden Wege aufgezeigt, die
vorgestellten Reaktionsmechanismen experimentell zu verifizieren.


Kurzfassung in Englisch

The structural and catalytic properties of metal clusters were determined in
the framework of density functional theory. The first part of this work
investigates the
electronic and geometrical structure of sodium clusters with up to 309 atoms.
The groundstate structures of the clusters are determined
and the corresponding electronic density of states is compared to experimental
photoelectron spectras. The excellent agreement to the experimental results
indicates that the correct growth motif of the sodium clusters was found. Small
clusters from Na20- to Na42- prefer pentagonal and icosahedral
structures with anti-Mackay overlayers, while clusters larger than Na50-
prefer icosahedral structures with Mackay overlayers. Clusters between the
closed-shell Mackay Clusters often exhibit a twist deformation with respect
to the regular Mackay positions.

The second part of this work investigates the catalytic properties of free and
supported palladium clusters. For both cases the oxidation of small
PdN clusters (N <= 9) was studied. It turned out that MgO
supported Pd-clusters dissociate oxygen with a significant lower reaction
energy than free clusters or supported systems with particles
consisting of several thousands of atoms. The reaction with oxygen transforms the
non-crystalline Pd-clusters into crystalline PdxOy nano-oxide clusters
that are in epitaxy with the underlying support. Simulations of the CO
oxidation on the PdxOy cluster predict a low-temperature reaction
mechanism. By calculating the electronic density of states and CO stretch
frequencies, different ways of verifying the results experimentally are discussed.


SWD-Schlagwörter: Clusterphysik , Dichtefunktionalformalismus
Freie Schlagwörter (englisch): cluster physics, density functional theory
PACS Klassifikation 36.40.Mr , 73.22.-f , 68.47.Jn , 68.43.Fg , 33.60. q
Institut: Freiburger Materialforschungszentrum
Fakultät: Fakultät für Mathematik und Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Moseler, Michael (PD Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 11.04.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 11.05.2007
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