Sauerstoff- und Stickstoff-Chemisorption an Metallclustern

Stolcic, Davor

Sauerstoff- und Stickstoff-Chemisorption an Metallclustern

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stolcic.pdf(5.4 MB)

Date

2003

Authors

Stolcic, Davor

Title in another language

Oxygen and Nitrogen Chemisorption on Metal Clusters

Publication type

Dissertation

Abstract

Anion Photoelectron Spectroscopy is a powerful tool for the investigation of the electronic structure of clusters. In this work three investigations are carried out with this method: Using photoelectron spectroscopy and first principle molecular orbital calculations the first observation of a metal-semiconductor transition with increasing number of Oxygen atoms in Tungsten oxide is observed. Tungsten oxide clusters with up to six Tungsten atoms and up to twelve Oxygen atoms were investigated. The transition is caused by the cleavage of the metal-metal bonds. The W4O12 cluster is shown to be a so called baby crystal. This cluster bears all the hallmarks of bulk tungsten oxide, WO3. Contrary to the conventional understanding that atomic clusters usually differ in properties and structure from the bulk constituents of which they are comprised. The second part of this work is about the Nitrogen chemisorption on Tungsten clusters up to four Tungsten atoms. On the Tungsten atom the Nitrogen chemisorbs molecularly, whereas on the Tungsten tetramer dissociative chemisorption is observed. This chemisorption state is metastable. The chemisorption state of the Nitrogen molecule on the Tungsten dimer and trimer could not be determined clearly. In the third part of this dissertation the chemisorption of Oxygen on Gold clusters is investigated. The Oxygen chemisorbs molecularly on the Gold dimer and tetramer, whereas on the Gold atom the chemisorption is dissociative. Altogether the results show, that experiments using free gas-phase clusters in combination with related calculations provide crucial information about their geometrical and electronical properties. For example, thus one may obtain molecular-level understanding of catalysts consisting of nanomaterials.

Summary in another language

Die Photoelektronenspektroskopie (PES) an Anionen ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Untersuchung der elektronischen Struktur von Clustern. In der vorliegenden Arbeit werden mit dieser Methode drei Untersuchungen durchgeführt: Mittels konventioneller Anionen-PES und vergleichenden Rechnungen wird an mit Sauerstoff reagierten Wolframclustern mit zunehmendem Sauerstoffanteil ein Metall-Halbleiter-Übergang präsentiert. Die untersuchten Wolframoxid-Cluster haben dabei eine Größe von bis zu sechs Wolframatomen und zwölf Sauerstoffatomen. Es wird gezeigt, dass der Übergang mit dem Aufbrechen der ersten Metall-Metall-Bindungen einhergeht. Weiter wurde für den W4O12 gezeigt, dass dies ein sog. Baby-Kristall ist. Er zeichnet sich dadurch aus, dass er alle geometrischen und elektronischen Eigenschaften des Wolframoxid-Festkörpers WO3 hat. Dies ist sehr erstaunlich, da sich die Eigenschaften von Clustern eines Elements in der Regel von dessen Festkörpereigenschaften unterscheiden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Stickstoff-Chemisorption an Wolframclustern bis zu einer Größe von vier Wolframatomen untersucht. Es wird gezeigt, dass am Wolframatom der Stickstoff molekular chemisorbiert, während für das Wolfram-Tetramer der dissoziative Chemisorptionszustand beobachtet wurde, der sich als metastabil erweist. Für das Wolfram-Di- und Trimer konnte keine eindeutige Aussage über die Chemisorptionsart gemacht werden. Der dritte Teil der Dissertation befasst sich mit der Chemisorption von Sauerstoff an Goldclustern. Der Sauerstoff chemisorbiert molekular an das Gold-Di- und Tetramer, während es an Goldatomen dissoziativ chemisorbiert. Insgesamt sieht man anhand der Ergebnisse, dass die Untersuchungen an freien Clustern in der Gasphase in Kombination mit entsprechenden Strukturrechnungen grundlegende Informationen über die geometrischen und elektronischen Eigenschaften von Clustern liefern können.

Subject (DDC)

530 Physics

Keywords

Metall-Halbleiter-Übergang,Baby-Kristall,Wolfram,Gold,Katalyse,Metal-Semiconductor-Transition,Baby-Crystal,Tungsten,Gold,Catalysis

Cite This

ISO 690

STOLCIC, Davor, 2003. Sauerstoff- und Stickstoff-Chemisorption an Metallclustern [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz

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Examination date of dissertation

February 13, 2003