Regensburg 1998 – wissenschaftliches Programm

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O: Oberflächenphysik

O 7: Hauptvortrag

O 7.1: Hauptvortrag

Montag, 23. März 1998, 15:15–15:45, H36

Größenselektierte Cluster auf Oberflächen: Vision oder Realität — •Ulrich Heiz — Institut de Physique Experimentale, Universite de Lausanne, CH-1015 Lausanne Dorigny

Die Nanotechnologie hat zum Ziel, Eigenschaften von Teilchen mit einer Größe von nur wenigen Billionsteln von Metern auszunutzen. In diesem Größenbereich besteht die Materie nur noch aus einigen Atomen. Die Eigenschaften solcher Nanopartikel werden durch Quanteneffekte dominiert. Dabei werden größenabhängige katalytische, optische, elektronische wie auch magnetische Eigenschaften erwartet. Seit Beginn der Nanotechnologie versuchen Wissenschaftler Wege, solche Cluster größenselektiert herzustellen, um dann ihre speziellen Eigenschaften zu untersuchen.
Uns ist es gelungen, solche Nanopartikel in der Gasphase zu synthetisieren und mit einem Massenspektrometer eine ganz bestimmte Größe herauszufiltern, die anschließend mit niedriger Energie auf einer geeigneten Oberfläche deponiert wird. Die Kernfrage, ob diese Cluster die Deposition unbeschadet überleben, haben wir mit lokalen, experimentellen Methoden untersucht. Dabei wurden größenselektierte Silizium-Cluster auf einen Silber-Einkristall aufgetragen und anschließend mit einem Tieftemperatur-RTM charakterisiert.
Anhand von einfachen katalytischen Reaktionen an Nanopartikeln haben wir nachweisen können, daß größenselektierte Cluster auch wirklich spezifische Eigenschaften aufweisen. So haben wir beobachtet, daß ein aus 30 Atomen bestehender Nickel-Cluster 10 Kohlenmonoxid-Moleküle dissoziieren kann, während ein Cluster aus 11 oder 20 Atomen lediglich ein Kohlenmonoxid-Molekül dissoziiert. Zudem wurde eine vollständige katalytische Reaktion, die Oxidation von Kohlenmonoxid, an größenselektierten Platin-Clustern untersucht. Hinweise die Morphologie größenselektierter Cluster können auch nichtlokale Methoden wie die Infrarot - Spektroskopie geben. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, daß auf einem Ni11 Cluster vier CO’s molekular gebunden werden und ein weiteres dabei dissoziiert wird. Die vibratorische Kopplung der molekular gebundenen Kohlenstoff-Moleküle kann unter geeigneten experimentellen Bedingungen mit Infrarot-Spektroskopie experimentell ermittelt werden. Daraus können strukturelle Eigenschaften des Nickelcarbonyl-Komplexes gewonnen werden.
Unsere Resultate zeigen deutlich, daß größenselektierte Cluster auf Oberflächen in der Tat geeignete Systeme sind, um größenabhängige katalytische Eigenschaften zu untersuchen.